KR20120069605A - 신체 영역 네트워크에 대한 개선 - Google Patents

Abstract

논-비컨 모드 통신을 위한 제1 코디네이터(10NB) 및 비컨 모드 통신을 위한 제2 코디네이터(10B)에 의해 서빙되는 개별 네트워크들로 형성된 무선 센서 시스템 내에서 네트워크 장치들(11E, 13)의 통신을 수행하기 위한 방법으로서, 네트워크 장치들은 모니터링될 적어도 하나의 엔티티에 연관되고, 방법은, 처음에 모든 네트워크 장치(11E, 13)를 제1 코디네이터(10NB)에 의해 서빙되는 제1 네트워크 내에 배치하는 단계; 연관된 네트워크 장치들(11E)의 센서들에 의해 그 엔티티 또는 각각의 엔티티의 하나 이상의 파라미터를 모니터링하는 단계; 센서 데이터를 제1 네트워크 내의 네트워크 장치들로부터 제1 코디네이터(10NB)로 송신하는 단계; 모니터링된 파라미터들을 이용하여 상기 엔티티에 관한 응급 상태의 시작 또는 종료를 검출하는 단계; 상기 엔티티에 관한 응급 상태의 시작의 검출에 응답하여, 연관된 네트워크 장치들(11E)을 제2 네트워크로 핸드오버하는 단계; 센서 데이터를 제2 네트워크 내의 네트워크 장치들로부터 제2 코디네이터(10B)로 송신하는 단계; 및 상기 엔티티에 관한 응급 상태의 종료의 검출에 응답하여, 연관된 네트워크 장치들을 제1 네트워크로 핸드오버하는 단계를 포함한다. 방법은 예를 들어 IEEE 802.15.6에 따라 동작하는 MBAN을 이용하는 병원 내에서 환자들을 모니터링하기 위해 적용될 수 있다.

Description

신체 영역 네트워크에 대한 개선{IMPROVEMENTS TO BODY AREA NETWORKS}

본 발명은 개인 영역 네트워크(personal area networks)를 포함하는 무선 센서 네트워크, 특히 사람 또는 동물의 신체 상에 또는 그 부근에 배치되거나 거기에 이식된 무선 통신 센서들을 포함하는 신체 영역 네트워크에 관한 것이지만, 그에 제한되지는 않는다.

다양한 타입의 무선 센서 네트워크가 제안되어 왔다. 이들 중에서도, 소위 신체 영역 네트워크(Body Area Network, BAN)는 비교적 짧은 거리에 걸쳐서 정보를 전달하기 위해 이용되는 무선 개인 영역 네트워크(WPAN)의 일례이다.

무선 근거리 네트워크(WLAN)와는 달리, WPAN을 통해 시행되는 접속은 기반구조를 전혀 또는 거의 수반하지 않는다. 이러한 특징은 광범위한 장치들에 대하여 소형의 전력 효율적인 저비용 솔루션이 구현되는 것을 허용한다. 1명 이상의 환자의 상태를 모니터링하기 위해 센서들이 이용되는 의료용 BAN(MBAN)의 가능성에 특히 관심이 모아지고 있다. 감지된 데이터를 데이터 싱크에 피드하기 위해 주로 센서들을 이용하는 BAN은 무선 센서 네트워크(WSN)의 일례이지만, 액추에이터와 같은 더 능동적인 장치들도 MBAN에 포함될 수 있다.

표준 IEEE 802.15.4는 낮은 데이터 레이트의 WPAN에 대하여 물리층(PHY) 및 매체 액세스 컨트롤(MAC) 서브층(sublayer) 규격을 정의한다. IEEE 802.15.4는 더 높은 데이터 레이트의 WPAN을 위한 표준인 IEEE 802.15.3과 일부 유사성을 갖는다. 문서 IEEE Std 802.15.4-2006 및 IEEE Std 802.15.3-2003은 그 전체가 여기에 참조에 의해 포함된다.

IEEE 802.15.4에서 예상되는 타입의 WPAN은 산업적 모니터링과 같은 응용들에 적합하지만, MBAN에 대해 요구되는 종류의 데이터 신뢰성은 제공하지 않는다. 의료적 응용에서는, 인간의 노동에 관련된 비용을 감소시키면서 신뢰성 및 프로세스 자동화는 증가시키고, 인간의 실수는 감소시킬 것이 요구된다. 센서들은 요구되는 지능을 제공할 수 있으며, 이미 의료 장비에서 널리 이용되고 있다. 이것은 병원 회복실(hospital recuperative care), 자택 요양(home care), 중환자실 및 고급 외과 시술을 포함한다. 맥박, 체온 등을 위한 외부 센서, 체액과 접촉하게 되는 센서, (절개를 통해) 카테터 내에서 이용되는 센서, 외부 응용을 위한 센서, 무선 센서들을 갖는 1회용 피부 패치, 및 이식가능형 센서들을 포함하여, 의료적 응용을 위해 이용되는 다수의 상이한 타입의 센서들이 존재한다.

병원 또는 의료 병동 내의 각각의 환자들 근처에 있는 하나 이상의 센서의 WPAN은 환자 이동성, 모니터링 유연성, 현재 모니터링되고 있지 않은 케어 영역들로의 모니터링 확장, 감소된 임상적 실수, 및 감소된 전체 모니터링 비용을 포함하는 다수의 임상적 혜택을 제공할 수 있다. 신체 착용 센서들은 단일의 환자 신체 상의 다양한 센서 타입들을 포함할 수 있다. 이들은 신속하게 환자의 신체에 부착되거나 그로부터 제거될 능력을 필요로 한다.

그러한 센서들은 개별적으로는 환자당 1-2kbps 정도로 낮은 비트 레이트를 가질 수 있으며, 집합적으로는 10 kbps의 비트레이트를 요구할 수 있다. 몇 미터 정도로 작은 범위가 적당할 수 있다. 그러나, 의료용 WSN 응용들은 임상적 환경에서 임무 수행에 필수적인 응용들(mission critical applications)이다. 의료용 WSN 또는 MBAN에 대한 요구조건 중에서도, 제한된 데이터 손실 및 제한된 레이턴시를 위한 강건한 무선 링크, 환자 및 센서 밀도에 대한 용량, 다른 전파들과의 공존, 연속 동작의 기간을 위한 배터리 수명, 및 신체 착용 장치들에 대한 작은 폼 팩터가 있다. 이러한 요구조건들은 FEC(Forward Error Correction) 및 ARQ(Adaptive Repeat reQuest)를 포함하는 시간 및 주파수 영역에서의 다이버시티 및 에러 제어 기술과 같은 기술들, 센서 정보 레이트에 대한 낮은 듀티 싸이클 TDMA, 및 보다 더 효율적인 작은 안테나들의 이용을 통해 만족될 수 있다.

그러므로, 특히 의료적 응용을 위한 신체 영역 네트워크의 특징들을 정의하는 것을 목표로 하는 다른 표준 IEEE 802.15.6을 정의하려는 노력이 진행 중이다. IEEE 802.15.6의 핵심 요구조건들 중 하나는 낮은 배터리 소비를 갖는 의료적 응용을 위한 높은 신뢰도이다. 이것은 환자의 생명이 의료용 WSN 응용에서의 무선 링크의 신뢰도에 의존하는 응급 상황에서 훨씬 더 중요하다. IEEE 802.15.4와 같은 기존 표준들은 응급 인명 구조 시나리오에 대한 고려 없이, 상업적 응용을 위해 설계되어 있다.

구체적으로, 네트워크 장치들에 의해 소비되는 전력을 증가시키지 않고서, 그러한 응급 상황에 수반되는 센서들과 같은 네트워크 장치들과의 통신의 신뢰도를 보장할 필요가 있다.

본 발명의 제1 양태에 따르면, 복수의 네트워크 장치, 네트워크 장치들의 제1 부분집합과 논-비컨 모드(non-beacon-mode) 통신을 수행하도록 구성된 제1 코디네이터, 및 장치들의 제2 부분집합과 비컨 모드 통신을 수행하도록 구성된 제2 코디네이터를 포함하는 무선 센서 시스템이 제공되는데, 시스템은 장치들에 관한 응급 상태가 존재하는지의 여부에 따라, 네트워크 장치들 중 어느 것이 제1 또는 제2 부분집합에 포함될지를 결정하기 위한 수단을 갖는다.

본 발명의 제2 양태에 따르면, 복수의 네트워크 장치, 네트워크 장치들의 제1 부분집합과 논-비컨 모드 통신을 수행하도록 구성된 제1 코디네이터, 및 장치들의 제2 부분집합과 비컨 모드 통신을 수행하도록 구성된 제2 코디네이터를 포함하는 무선 센서 시스템이 제공되는데, 시스템은 장치들에 관한 응급 상태가 존재하는지의 여부에 따라, 제1 부분집합과 제2 부분집합 사이에서 하나 이상의 장치를 핸드오버하기 위한 수단을 갖는다.

따라서, 본 발명의 이러한 양태들은 논-비컨 모드 및 비컨 모드 코디네이터와, 비컨 모드 코디네이터와 논-비컨 모드 코디네이터 사이에서의 핸드오버가 가능한 네트워크 장치들의 이중적인 사용을 수반하여, 센서 데이터와 같은 "응급상황" 통신들이 더 큰 신뢰도를 위하여 비컨-인에이블드 모드(beacon-enabled mode)를 통해 송신되는 것을 허용한다. 코디네이터들은 물리적으로 구별될 필요가 있는 것이 아니라 공통 유닛 내에 제공될 수 있음에 유의해야 한다.

본 기술분야의 숙련된 자라면 알 수 있는 바와 같이, 2개의 코디네이터의 사용은 청구항들을 목적으로 한 것을 제외하고는 적어도 2개의 네트워크의 존재를 의미하며, "시스템"이라는 용어는 임의의 개수의 그러한 네트워크를 포괄하도록 의도된 것이다. "네트워크"라는 용어는 개별 코디네이터들에 의해 제공되는 비컨 모드 및 논-비컨 모드 네트워크 각각을 참조하기 위해 이용된다.

여기에서, 바람직하게는, 엔티티에 관한 응급 상태는 시스템 내의 센서에 의해 감지되는 그 엔티티의 파라미터의 임계 레벨을 수반한다.

상기 양태들 중 어느 하나에서, 바람직하게는, 네트워크 장치에 관한 응급 상태가 존재하는지의 여부는 그것이 임계 조건 내에 있는 소정 종류의 엔티티(예를 들어, 생체)를 모니터링하는 것에 관여되는지의 여부에 의존할 것이다.

시스템이 복수의 엔티티(예를 들어, 병동 내의 여러명의 환자)를 모니터링하기 위해 이용될 때, 네트워크 장치들의 개별 부분집합이 각 엔티티를 모니터링하도록 할당되어, 네트워크 장치들의 각 부분집합이 유닛으로서 제1 또는 제2 네트워크 내에 포함되거나, 제1 네트워크와 제2 네트워크 간에서 핸드오버된다. 따라서, 특정 엔티티를 모니터링하고 있는 네트워크 장치들 중 단 하나에 관한 응급 상태가 존재하게 되면 곧바로, 그 엔티티를 모니터링하고 있는 모든 네트워크 장치가 함께 핸드오버되는 것이 바람직하다.

위에서 언급된 바와 같이, 응급 상태의 존재 또는 부재는 바람직하게는 개별 부분집합 내의 네트워크 장치들의 센서들에 의해 감지되는 하나 이상의 파라미터의 임계 레벨에 기초하여 결정된다. 즉, 예를 들어, 파라미터의 감지된 값이 임계 레벨을 넘었는지가 검출된다.

상기 시스템에서, 바람직하게는, 제1 및 제2 코디네이터는 모든 네트워크 장치가 제1 네트워크에 포함되는 초기 상태로부터 시작하고, 응급 상태의 시작(존재하게 되는 것)에 응답하여 하나 이상의 네트워크 장치를 제1 네트워크로부터 제2 네트워크로 핸드오버하고, 응급 상태의 종료(해제)에 응답하여 하나 이상의 네트워크 장치를 제2 네트워크로부터 제1 네트워크로 핸드오버하도록 구성된다.

무선 센서 시스템은 전형적으로 그 시스템 내에서 정보가 프레임들 내에서 무선으로 송신되는 것일 것인데, 각 프레임은 프레임 컨트롤 필드를 갖고, 응급 상태의 선언은 프레임 컨트롤 필드 내의 값을 미리 정의된 값으로 설정함으로써 이루어진다.

바람직하게는, 프레임들은 상이한 타입의 프레임들을 포함하고, 미리 정의된 값은 응급 프레임 타입을 나타낸다. 프레임 컨트롤 필드는 응급상황 조건의 존재 또는 부재를 시그널링하기 위한 적어도 하나의 비트를 포함할 수 있다.

그러한 프레임 기반 시스템은 IEEE 802.15.6 기반 MBAN을 포함할 수 있다. 바람직한 응용에서, 상기 언급된 엔티티는 생체(living body)이며, 각각의 센서는 환자의 생체의 생명 파라미터(life parameter)를 감지하기 위한 것이고, 응급 상태는 의료적 응급상황이다.

네트워크 장치는 동일한 엔티티를 모니터링하도록 할당된 복수의 네트워크 장치 중 하나일 수 있으며, 이 경우 응급 상태는 네트워크 장치, 또는 동일한 엔티티에 할당된 네트워크 장치들 중 임의의 것에 의해 감지된 파라미터의 레벨에 따라 결정될 수 있다.

정상적으로, 비컨 모드 통신은 응급상황에 있는 네트워크 장치들의 더 중요한 통신을 위해 선택될 것이고, 논-비컨 모드는 응급상황이 아닌 다른 네트워크 장치들에 의해 이용될 것이다.

응급 상태의 존재 또는 부재의 결정은 네트워크 장치 자체에 의해 이루어질 수 있다. 대안적으로, 응급 상태의 존재 또는 부재의 결정은 예를 들어 제1 및 제2 코디네이터 중 어느 하나에 의한 것과 같이, 네트워크 장치 외부에서 이루어질 수 있으며, 이 경우 네트워크 장치는 그러한 결정의 통보를 수신하도록 구성된다.

본 발명의 제3 양태에 따르면, 적어도 하나의 엔티티를 모니터링하기 위한 센서들을 포함하는 복수의 네트워크 장치를 갖는 무선 센서 시스템 내의 코디네이터가 제공되는데, 시스템은 네트워크 장치들의 동시적인 비컨 모드 및 논-비컨 모드 통신을 위해 구성되고, 코디네이터는 네트워크 장치들의 적어도 부분집합과의 논-비컨 모드 통신을 위해 구성되고, 엔티티의 응급 상태의 존재의 결정에 응답하여, 그 부분집합의 하나 이상의 네트워크 장치를 비컨 모드 통신을 위한 다른 코디네이터에 핸드오버한다.

따라서, 엔티티에 관한 응급 상태가 존재한다(즉, 시작되었다)는 결정(코디네이터 자체에 의해 이루어지는지, 아니면 그것이 서빙하고 있는 네트워크 장치들 중 하나에 의한 것과 같이 다른 곳으로부터 그것에 통보되는지에 상관없음)은, 코디네이터가 응급상황에 관여된 하나 이상의 네트워크 장치에 대한 책임(responsibility)을 다른 코디네이터에 넘기게 한다. 이에 의해, 그러한 네트워크 장치들이 센서 데이터의 더 신뢰할 수 있는 전송 등을 위해 다른 코디네이터와 비컨 모드 통신을 수행할 수 있게 된다.

본 양태의 수정안에 따르면, 적어도 하나의 엔티티를 모니터링하기 위한 센서들을 포함하는 복수의 네트워크 장치를 갖는 무선 센서 시스템 내의 코디네이터가 제공되는데, 상기 시스템은 상기 네트워크 장치들의 동시적인 비컨 모드 및 논-비컨 모드 통신을 위한 개별 네트워크들로 구성되고, 상기 코디네이터는 상기 네트워크 장치들 중 일부와의 논-비컨 모드 통신을 위해 구성되고, 그러한 장치들 중 적어도 하나의 응급 상태의 결정에 응답하여, 적어도 하나의 장치와의 비컨 모드 통신으로 스위칭하는 한편, 임의의 다른 장치들을 논-비컨 모드 통신을 위한 다른 코디네이터에 핸드오버한다. 그러므로, 이러한 수정안에서, 원래의 코디네이터는 응급상황에 있는 장치(들)에 대한 책임을 유지하지만, 응급상황에 있는 장치(들)와의 더 신뢰할 수 있는 통신을 가능하게 하기 위해 (예를 들어, 보장된 타임 슬롯의 이용을 통해) 비컨 모드로 스위칭한다.

본 발명의 제4 양태에 따르면, 적어도 하나의 엔티티를 모니터링하기 위한 센서들을 포함하는 복수의 네트워크 장치를 갖는 무선 센서 시스템 내의 코디네이터가 제공되는데, 시스템은 네트워크 장치들의 동시적인 비컨 모드 및 논-비컨 모드 통신을 위해 구성되고, 코디네이터는 네트워크 장치들의 적어도 부분집합과의 비컨 모드 통신을 위해 구성되고, 엔티티의 응급 상태의 부재의 결정에 응답하여, 네트워크 장치들 중 하나 이상을 논-비컨 모드 통신을 위한 다른 코디네이터에 핸드오버한다.

따라서, 엔티티에 관한 응급 상태의 종료의 결정(코디네이터 자체에 의해 이루어지는지, 아니면 그것이 서빙하고 있는 네트워크 장치들 중 하나에 의한 것과 같이 다른 곳으로부터 그것에 통보되는지에 상관없음)은, 코디네이터가 더 이상 응급상황에 있지 않은 하나 이상의 네트워크 장치에 대한 책임을 다른 코디네이터에 넘기게 한다. 이에 의해, 그러한 네트워크 장치들이 긴급하지 않은 센서 데이터의 일상적인 전송 등을 위해 다른 코디네이터와 논-비컨 모드 통신을 수행할 수 있게 된다.

대안적으로, 응급상황에 있는 그룹 장치들의 핸드오버는, 그들이 예를 들어 환자의 이동의 결과로서 기존 비컨 기반 코디네이터의 범위 밖으로 이동한 경우에 이루어질 수 있다. 장치들은 범위 내의 다른 코디네이터, 바람직하게는 비컨 모드 코디네이터로 함께 핸드오버된다.

특히 비컨 모드 코디네이터로부터 논-비컨 모드 코디네이터 또는 다른 비컨 모드 코디네이터로의 핸드오버에 대하여, 코디네이터들 간의 핸드오버를 수행하기 전에, 응급 상태의 존재 이외의 다른 인자들도 고려될 수 있다. 예를 들어, 각각의 코디네이터는 그것이 서빙하고 있는 네트워크 장치들 각각의 위치를 알아차릴 수 있고, 그 자신으로부터의 및 시스템 내의 다른 코디네이터로부터의 네트워크 장치의 거리에 의존하여 핸드오버가 적절한지의 여부를 결정할 수 있다. 즉, 임의의 이동 중인 네트워크 장치가 서빙 중인 코디네이터의 범위 내에 있는 한, 핸드오버는 금지될 수 있다. 또한, 신호 강도(예를 들어, SIR로 표시됨)가 고려될 추가의 인자일 수 있어서, SIR이 주어진 임계값 위에 있는 동안은 핸드오버가 수행되지 않게 된다.

본 발명을 구현하면, 그룹 내에 있으며 응급 상태에 있는 모든 장치(예를 들어, 모두 동일한 환자에 부착된 센서들의 그룹)가 함께 핸드오버될 수 있게 된다. 이에 의해, 병원 내에서의 환자의 이동을 추종(follow)하는 한편, 환자를 안정성이 높은 송신 링크로 모니터링하는 것이 허용된다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 논-비컨 모드 통신을 위한 제1 코디네이터 및 비컨 모드 통신을 위한 제2 코디네이터에 의해 서빙되는 무선 센서 시스템 내에서 네트워크 장치들의 통신을 수행하는 방법이 제공되는데, 네트워크 장치들은 모니터링될 적어도 하나의 엔티티에 연관되고, 방법은,

처음에, 모든 네트워크 장치를 제1 코디네이터에 의해 서빙되는 제1 네트워크 내에 배치하는 단계;

연관된 네트워크 장치들의 센서들에 의해 그 엔티티 또는 각각의 엔티티의 하나 이상의 파라미터를 모니터링하는 단계;

센서 데이터를 제1 네트워크 내의 네트워크 장치들로부터 제1 코디네이터로 송신하는 단계;

모니터링된 파라미터들을 이용하여 엔티티에 관한 응급 상태의 시작 또는 종료를 검출하는 단계;

엔티티에 관한 응급 상태의 시작의 검출에 응답하여, 연관된 네트워크 장치들을 제2 네트워크로 핸드오버하는 단계;

센서 데이터를 제2 네트워크 내의 네트워크 장치들로부터 제2 코디네이터로 송신하는 단계; 및

상기 엔티티에 관한 응급 상태의 종료의 검출에 응답하여, 연관된 네트워크 장치들을 제1 네트워크로 핸드오버하는 단계

를 포함한다.

본 발명의 다른 양태들은 무선 센서 시스템의 코디네이터 또는 네트워크 장치의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 정의된 코디네이터들 중 하나 또는 상기 네트워크 장치를 각각 제공하는 소프트웨어를 제공한다. 그러한 소프트웨어는 컴퓨터 판독가능 매체 상에 저장될 수 있다.

본 발명의 보다 더 나은 이해를 위해, 그리고 그것이 어떻게 효과를 내는지를 더 명확하게 보여주기 위해, 이하에서는, 아래의 도면들이 오직 예시로서만 참조될 것이다.
도 1은 IEEE 802.15.4 WPAN의 프로토콜 계층을 도시한 것이다.
도 2는 IEEE 802.15.4 WPAN의 가능한 PHY 대역들을 나타낸 것이다.
도 3은 WPAN의 스타 및 피어-투-피어 토폴로지를 나타낸 것이다.
도 4는 비컨-인에이블드 IEEE 802.15.4 WPAN 내의 수퍼프레임의 구조를 도시한 것이다.
도 5 내지 도 8은 IEEE 802.15.4 WPAN 내에서의 네트워크 장치와 코디네이터 간의 데이터 전송의 가능한 모드들을 나타낸 것이다.
도 9는 IEEE 802.15.4 WPAN에서 데이터 프레임을 위해 이용되는 프레임 포맷을 도시한 것이다.
도 10a는 도 9의 프레임 포맷에서의 프레임 컨트롤 필드의 구조를 도시한 것이다.
도 10b는 도 10a의 프레임 컨트롤 필드 내의 프레임 타입 비트의 지금까지 정의된 값들의 테이블이다.
도 11a는 IEEE 802.15.4에서 MAC 커맨드 프레임에 대해 이용되는 프레임 포맷의 일부를 도시한 것이다.
도 11b는 도 11a의 프레임 포맷 내의 커맨드 프레임 식별자의 지금까지 정의된 값들의 테이블이다.
도 12는 비컨 및 논-비컨 코디네이터 둘 다를 가지며 본 발명을 구현하는 WPAN을 핸드오버 이전의 상태로 도시한 것이다.
도 13은 비컨 및 논-비컨 코디네이터 둘 다를 가지며 본 발명을 구현하는 WPAN을 핸드오버 이후의 상태로 도시한 것이다.
도 14는 본 발명의 실시예에서의 셋업 구성 및 핸드오버를 위한 프로세스 흐름을 나타낸 것이다.
도 15는 본 발명의 실시예에서의 본래의 코디네이터로 복귀하는 핸드오버를 위한 프로세스 흐름을 나타낸다.
도 16은 본 발명의 실시예에서의 위치에 기초하는 핸드오버를 위한 프로세스 흐름을 나타낸 것이다.
도 17은 본 발명의 실시예에서의 위치 및 신호/접속 품질에 기초한 핸드오버를 위한 프로세스 흐름을 나타낸 것이다.
도 18은 본 발명의 실시예에서 제안되는 프레임 컨트롤 필드의 신규한 구조를 나타낸 것이다.
도 19는 도 18의 프레임 컨트롤 필드 내의 프레임 타입 비트의 가능한 값들의 테이블이다.
도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따라 수정된 프레임 포맷 내의 프레임 컨트롤 필드의 구조를 나타낸 것이다.
도 21은 도 20의 프레임 컨트롤 필드 내의 프레임 타입 값들의 테이블이다.
도 22는 본 발명의 다른 실시예에서의 도 11a/b의 커맨드 프레임 식별자의 수정안을 나타낸 것이다.

본 발명의 실시예들을 설명하기 전에, 무선 네트워크에서 이용되는 다수의 액세스 프로토콜의 소정의 배경 설명이 먼저 주어지고, 현재 개발 중인 IEEE 802.15.6 표준 및/또는 MBAN을 포함하는 신체 영역 네트워크에 관련있을 것으로 예상되는 IEEE 802.15.4 표준의 부분들의 개요가 그에 후속할 것이다.

다중 액세스(multiple access)는 무선 네트워크 내의 복수의 네트워크 장치가 동일한 무선 채널을 공유할 가능성을 칭하는 것이다. 다중 액세스를 가능하게 하기 위해, 무선 네트워크들은 일반적으로 주파수 분할(개별 네트워크 장치로부터의 송신들이 상이한 주파수들을 이용함으로써 분리되어 유지됨) 또는 시간 분할(송신들이 상이한 시간들에서 수행됨으로써 분리됨)에 기초하여 조직된다. 주파수 분할 및 시간 분할 둘 다를 동시에 이용하는 것이 가능하다. 본 명세서의 나머지 부분에 대하여, 시간분할 스킴이 참조될 것이지만, 당업자들은 설명된 것과 유사한 기술이 주파수 분할의 경우에도 적용될 수 있음을 알 것이다.

전형적으로, 시간 분할 기반 네트워크들은 시간을 "프레임"이라고 칭해지는 동일 시간 간격으로 분할한다. 네트워크 장치들이 이용할 수 있는 정보의 양에 따라, 더 높은 또는 더 낮은 신뢰도(주어진 송신이 성공적으로 수신될 확률을 의미함)의 통신을 제공하는 다양한 프로토콜들이 고안되었다. 그러한 한 프로토콜은 ALOHA라고 칭해지고, "퓨어(pure) ALOHA"라고도 칭해지며, 네트워크 장치들이 서로에 대한, 또는 미리 정해진 시간 기준에 관한 지식을 갖지 않는 무선 네트워크들에 적합하다.

퓨어 ALOHA 프로토콜을 이용하는 네트워크에서, 임의의 네트워크 장치는 시간 프레임 내의 임의의 무작위의 시간에 데이터 송신을 시작할 수 있다. 네트워크 장치가 데이터 송신을 시작할 수 있는 무작위의 시간으로 인해, 둘 이상의 네트워크 장치가 겹치는 시간들에서 데이터 송신을 시작하여, "충돌"을 야기할 수 있다. 그러한 충돌에 수반되는 송신들은 에러와 함께 수신기에 도달한다. 성공적인 수신을 확인하는 확인응답을 받지 못하고서 적절히 지연된 후, 송신기들은 송신을 재시도한다. 그 다음, 이러한 송신들도 충돌에 직면할 수 있고, 따라서 성공적이지 못할 수 있다. 단말들은 송신들이 에러없이 수신되고 확인응답될 때까지, 송신들 간에 적절한 지연을 두고서 송신을 계속한다. 충돌은 네트워크의 스루풋 효율을 감소시킨다.

Aloha 프로토콜의 한가지 중요한 변형은 "슬롯(slotted) ALOHA"라고 칭해진다. 슬롯 ALOHA를 이용하는 통신 네트워크는 각 프레임을 일련의 타임 슬롯들로 분할하고, (일반적으로) 각 네트워크 장치가 슬롯들 중 임의의 것을 이용하여 마음대로 송신하는 것을 허용한다. 임의의 네트워크 장치로부터의 모든 데이터 송신은 한 타임 슬롯 내에서 시작하고 종료해야 한다. 네트워크 장치가 타임 슬롯 기간보다 긴 데이터 송신을 갖는 경우, 그것은 그 데이터 송신을 각각 타임 슬롯 기간 내에 맞는 둘 이상의 더 짧은 데이터 송신으로 분할해야 한다. 송신들을 고정된 슬롯 내로 한정(confining)하는 것은 충돌 확률을 감소시키고, 따라서 네트워크 장치들 간의 통신을 더 신뢰할 수 있게 하지만, 충돌을 완전히 회피하지는 않는다. 슬롯 ALOHA의 단점은 슬롯 타이밍을 알기 위해서 모든 네트워크 장치가 각 프레임의 시작에 동기화될 필요가 있다는 것이다. 실제에서, 이것은 네트워크 장치가 각 프레임의 시작에서의 브로드캐스트 타이밍 기준 신호 또는 "비컨"을 청취(listening)하는 것에 의해 달성된다.

타이밍 기준의 필요성을 회피하는 대안적인 프로토콜은 CSMA-CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)라고 칭해진다. CSMA-CA에서, 장치가 CAP 내에서 송신하기를 원할 때마다, 그 장치는 무작위의 기간 동안 기다린다. 무작위의 백오프(back off)에 뒤이어 채널이 유휴인 것으로 발견되면, 장치는 그것의 데이터를 송신한다. 무작위의 백오프에 뒤이어 채널이 비지(busy)인 것으로 발견되면, 장치는 채널에의 액세스를 다시 시도하기 전에 다른 무작위의 기간 동안 기다린다.

TDMA(Time Division Multiple Access)라고 알려진 다른 프로토콜은 네트워크 제어기 또는 코디네이터가 충돌의 잠재성을 회피하도록 네트워크 장치들의 독점적인 사용을 위해 타임 슬롯들을 할당할 것을 요구한다. 그러나, 이것은 중앙의 코디네이터가 제공될 것을 요구할뿐만 아니라, 모든 네트워크 장치가 송신을 시작하기 전에 비컨 및 그들에게 할당된 슬롯(들)의 통보를 청취할 것을 요구한다.

예를 들어, 업링크(즉, 코디네이터 또는 기지국과 같은 중앙 포인트로의 데이터 송신) 및 다운링크(센서와 같은 네트워크 장치로의 데이터 송신) 각각을 위해, 상이한 프로토콜들이 동일한 네트워크 내에서 이용될 수 있다.

이와 관련하여, WSN의 다운링크를 위한 하나의 제안된 프로토콜은 Wise MAC(Wireless sensor MAC)이라고 칭해진다. 이것은 각각의 네트워크 장치가 동일한 일정 주기로 짧은 시간 동안 무선 채널을 청취하는 것을 수반하는 비컨-리스 스킴(beacon-less scheme)이다. 네트워크 장치가 활동(activity)을 검출하면, 그것은 데이터 프레임이 수신될 때까지, 또는 채널이 다시 유휴로 될 때까지 청취를 계속한다. 한편, 코디네이터는 프레임의 데이터 부분이 도달할 때 수신기가 활성화(awake)될 것을 보장하기 위해, 모든 데이터 프레임의 앞에 웨이크업 프리앰블을 추가한다. 이러한 방식으로, 채널이 유휴일 때, 네트워크 장치들의 전력 소비가 매우 낮게 유지된다.

이하에 논의되는 것과 같은 IEEE 802.15.4에서, 비컨-인에이블드 및 비컨-리스 토폴로지 둘 다가 제공된다. 비컨-인에이블드 토폴로지는 프로토콜들의 조합을 이용하는데, "프레임"의 개념은 CSMA-CA를 통한 경합 기반 액세스(contention-based access)와 네트워크 장치의 독점적인 이용을 위해 TDMA 기반으로 할당된 GTS(guaranteed time slots) 둘 다를 위한 슬롯들을 포함하는 "수퍼프레임(superframe)"으로 대체된다. 이것은 GTS들의 할당에 의해 데이터의 신뢰할 수 있는 송신을 가능하게 하는 반면, 네트워크 장치들이 타이밍 및 슬롯 할당 정보를 위해 코디네이터를 청취하기 위해 켜져 있어야("활성화되어 있어야")만 한다는 단점이 있다.

요약하면, 시간 기준 및 (수퍼) 프레임 구조를 제공하는 비컨 기반 통신 프로토콜은 더 적은 충돌, 따라서 더 신뢰할 수 있는 통신을 허용하는 반면, 이것은 네트워크 장치들의 전력 소비를 희생하여 이루어지는 것이다. 반면에, 비컨-리스 스킴을 이용하면, 비활성인 기간 동안 전력 소비는 매우 낮게 유지될 수 있지만, 스루풋이 덜 보장되고, 레이턴시 시간(채널 액세스를 획득할 때까지의 지연)이 비컨 기반 스킴에 비해 더 높다.

본 발명은 높은 수준의 신뢰도와 네트워크 장치들의 적은 전력 소비 둘 다의 혜택을 결합하는 것을 허용하는, IEEE 802.15.6을 위한 채널 액세스 스킴을 제안한다. 이러한 스킴이 어떻게 작용하는지를 설명하기 전에, 이하에서는 IEEE 802.15.4 네트워크의 일반적인 구성에 관한 약간의 추가 정보가 제공될 것인데, 이는 IEEE 802.15.6에 대해서도 유사한 구성이 이용될 것으로 예상되기 때문이다.

도 1은 참조번호 100으로 표기된 IEEE 802.15.4 WPAN의 일반적인 아키텍처를, 무선 송수신기를 포함하는 PHY층 및 그것의 로우-레벨 컨트롤을 통해 물리적 매체가 액세스되는 계층화된 OSI 모델에 관련하여 도시하고 있다. 나타난 바와 같이, PHY를 위한 2개의 대안적인 주파수 대역(101, 102)이 존재하는데, 이들은 도 2에 도시된다. 낮은 주파수 대역(101)은 868.3㎒에 중심을 두는 단일의 20kb/s 채널, 및/또는 915㎒에 중심을 두는 각각 40kb/s의 10개의 채널을 제공한다. 높은 주파수 대역(102)은 각각 250kb/s이며 2.44㎓의 주파수에 중심을 두는 16개의 채널을 제공한다. 이들 대역들 중 어느 것이 이용되는지는 지역적인 규제 조건에 의존할 것이다.

PHY에의 액세스는 도 1에서 참조번호 105로 나타난 MAC(Medium Access Control) 서브층에 의해 제공된다. 이것의 위에, 그리고 통상의 그러한 WPAN(100)의 외부에, 다른 네트워크들로부터 WPAN으로의 액세스를 허용하는 LLC(Link Layer Control)가 제공되며, 이것은 IEEE 802.2 표준을 따르거나 다른 타입일 수 있다. 마지막으로, LLC 위의 상위 층들(109)은 네트워크 구성, 조작 및 메시지 라우팅을 제공하기 위한 네트워크 층, 및 의도된 전체 기능을 제공하는 애플리케이션 층을 포함한다.

MAC 서브층의 한 태스크는 네트워크 토폴로지를 제어하는 것이다. 스타(star) 및 피어-투-피어는 통신 네트워크에서 알려진 2가지의 토폴로지이고, 둘 다 IEEE 802.15.4에서 제공된다. 두 경우 모두에서, 토폴로지는 2가지 기본적인 종류의 네트워크 노드, 즉 장치들과 코디네이터들 간을 구별한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 스타 토폴로지에서는 다수의 장치(11)가 중앙의 코디네이터(10)와 직접 통신하는 한편, 피어-투-피어 구성에서는, 장치(11A)에 의한 커뮤니케이터와의 통신이 릴레이로서 기능하는 중간 장치들(11B 및 11C)을 이용한 1회 이상의 홉(hop)을 따라 이루어진다. 코디네이터는 상위층들로의 액세스 포인트로서 기능하며, WSN의 경우에서, 그것은 센서들에 의해 수집되는 데이터를 위한 싱크로서 기능한다. 각 장치에 대한 통신 범위가 매우 제한적일 수 있다면(수 미터), 피어-투-피어 토폴로지는 더 큰 영역이 커버되는 것을 허용한다. 토폴로지는 동적일 수 있어서, 장치들이 추가되거나 네트워크를 떠날 때 변화한다.

MBAN의 경우에서, 예를 들어, 스타 네트워크는 각 환자의 장소(예를 들어, 병원 침대)에 코디네이터가 제공되어, 1명의 환자 상의 장치들과 신호를 교환하는 상황에서 적합할 것이다. 피어-투-피어는 하나의 코디네이터가 다수의 환자를 서빙하도록 제공되는 보다 더 적합한 토폴로지일 것이다 (코디네이터는 병동의 고정된 지점에 위치될 수 있음). 따라서, 장치들(11)은 일반적으로 이동형일 것인 데에 반하여, 코디네이터는 이동형이거나 고정형일 수 있다. 피어-투-피어 네트워크는 또한 네트워크를 신속하게 셋업 또는 변화시킬 것이 요구되거나 네트워크의 자기 조직(self-organisation) 및 자기 치유(self-healing)를 허용할 것이 요구되는, 빠르게 변화하는 환경에 더 적합할 수 있다. 자기 치유는 예를 들어, 기존 코디네이터가 고장나거나 네트워크를 떠난 경우에 새로운 코디네이터를 확립하는 것을 포함할 수 있다.

병원과 같은 동일한 위치 내에서 다수의 스타 및/또는 피어-투-피어 네트워크가 셋업될 수 있으며, 이들 각각은 자기 자신의 코디네이터를 갖는다. 이 경우, 개별 코디네이터들은 상호 간섭을 회피하고 데이터의 공유 또는 정렬(collation)을 허용하기 위해 협업할 필요가 있을 것이다. IEEE 802.15.4에서, 그러한 네트워크는 클러스터라고 칭해지며, 클러스터들에 대한 전체적인 코디네이터를 확립하고, 클러스터들을 분할 및 병합하기 위해 구축(provision)이 이루어진다.

WPAN 내의 노드들은 다양한 능력들의 유닛들에 의해 구성될 수 있다. 일반적으로, 코디네이터의 역할은 소정의 처리 능력 및 다수의 소스로부터의 송신을 동시에 다룰 수 있는 송수신기를 갖는 비교적 유능한 장치를 요구할 것이다. 그리고, 이것은 전기 전력의 충분한 제공이 필요하게 할 것이다 (일부 경우에서는, 본관(mains)에 의해 전력을 공급받을 수 있음). 한편, 네트워크 내의 다른 장치들은 더 제한적인 처리 능력, 및 배터리 전력으로만의 액세스를 가질 수 있고, 심지어는 릴레이 홉(relay hop)으로 기능할 수 없을 정도로 단순할 수 있다. 매우 낮은 전력 이용가능성을 갖는 장치들은 대부분의 시간에 셧다운될 수 있고, 예를 들어 센서 데이터를 다른 노드에 송신하기 위해 가끔씩만 "웨이크업"할 수 있다. 따라서, IEEE 802.15.4 표준은 "완전 기능(full-function)"과 "축소 기능(reduced function)" 장치들 간을 구별한다. 센서들이 신체 내에 삽입될 수 있고, 따라서 대형 또는 재충전가능형 배터리를 가질 수 없는 MBAN에서, 전력의 이용가능성은 특별한 쟁점이다.

이미 언급된 바와 같이, IEEE 802.15.4는 비컨 인에이블드 및 논-비컨 인에이블드 네트워크 토폴로지를 제공한다.

비컨 인에이블드 네트워크에서, 코디네이터는 비컨을 주기적으로 송신하고, 장치들은 네트워크에 동기화하고 채널에 액세스하기 위해 그 비컨을 주기적으로 청취한다. 채널 액세스는 도 4에 도시된 것과 같은, 코디네이터에 의해 정의되는 수퍼프레임 구조에 따라 "수퍼프레임" 내에서, "프레임들"의 단위로 순차적으로 송신된다. 각각의 수퍼프레임(30)은 2개의 부분, 즉 활성 부분 및 비활성 부분을 갖는다. 활성 부분은 경합 액세스 기간 CAP(36)과, 서비스 품질 요구조건을 갖는 애플리케이션들에 대한 보장된 액세스를 위한, 그에 후속하는 선택적인 무경합 기간(contention free period) CFP(37)으로 분할된다.

도 4의 수직 분할에 의해 나타난 바와 같이, 수퍼프레임은 각각 코디네이터로부터 또는 장치로부터 데이터의 프레임을 전송할 수 있는 16개의 등간격(equally-spaced)의 타임 슬롯으로 분할된다. 따라서, 하나의 코디네이터에 연관된 장치들을 고려할 때, 수퍼프레임 내의 각각의 연속적인 타임 슬롯 동안, 한번에 단 하나의 장치만이 코디네이터와 통신할 수 있다. 첫번째로, 코디네이터에 의해 송신된 비컨 프레임(아래 참조)을 위한 슬롯(31)이 온다. 이것 다음에, CAP 내에 수개의 슬롯(32)이 제공되어, CSMA-CA를 이용하는 경합 기반으로 장치들로 또는 장치들로부터 데이터가 송신되는 것을 허용한다.

다음으로, CFP의 보장된 타임 슬롯 GTS(33)가 후속하여, 비컨 기반 네트워크 내의 장치들에 대한 채널 액세스를 허용하는데, 도시된 바와 같이, 이들 각각은 하나보다 많은 기본 타임 슬롯에 걸쳐 연장될 수 있다. 비활성 기간의 만료 후에, 다음 수퍼프레임은 다른 비컨 프레임(31)을 송신하는 코디네이터에 의해 마킹된다. 장치들은 수퍼프레임의 비활성 기간(34) 동안 슬립 상태로 갈 수 있다. 따라서, 비활성 기간(34)의 길이를 연장시킴으로써, 장치들의 배터리 전력이 가능한 한 많이 보존될 수 있다.

논-비컨 인에이블드 네트워크에서, 코디네이터는 (예를 들어, 네트워크 발견을 목적으로) 비컨을 송신할 것을 요청받지 않은 한은 동기화를 위해 그렇게 할 필요가 없다. 채널 액세스는 수퍼프레임 구조에 의해 제한되지 않으며, 장치들은 비동기적이어서, CSMA-CA에 의해 모든 데이터 전송을 수행한다. 이들은 WiseMAC과 같은 프로토콜에 따라 자기 자신의 슬립 패턴을 따를 수 있다.

MBAN 응용에 대하여, 코디네이터는 모니터링되고 있는 신체 또는 신체들의 외부에 있다. 그것은 PDA, 이동 전화기, 베드사이드 모니터 스테이션(bedside monitor station), 또는 심지어는 임시적으로 코디네이터로서 기능하는 충분한 능력의 센서일 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 비컨 인에이블드 네트워크 내의 코디네이터는 네트워크 장치들에 동기화 및 채널 액세스를 제공하는 것을 담당한다. 또한, 수퍼프레임의 시작과 끝은 코디네이터에 의해 정의된다. 코디네이터는 다른 네트워크들로의 잠재적인 통신, 및 예를 들어 충전된 배터리의 용이한 교체에 의한 충분한 전력 공급에의 액세스라는 2가지 주된 특징을 갖는다.

또한, 아마도 수개의 코디네이터를 포함하는 네트워크의 전체적인 감독을 위해, 중앙의 케어 및 모니터링 유닛이 제공될 수 있다. 이것은 여러 명의 환자로부터의 응급 데이터의 연속적인 또는 간헐적인 스트림을 수신할 수 있는 모니터링 장비를 구비하는 방의 형태를 취할 수 있다. 전형적으로, 환자들의 데이터를 끊임없이 보고 모니터링하는 간호사 또는 의료 전문가가 중앙 유닛 내에 상주하고 있을 것이다. 이들은 환자의 상태 변화에 응답하여 액션을 취할 것이다. 중앙의 케어 및 모니터링 유닛은 그 코디네이터 또는 각각의 코디네이터에 무선으로 접속될 수 있고(이 경우, 이것은 MBAN의 일부로서 고려될 수 있음), 또는 이것은 각 코디네이터로의 유선 접속을 가질 수 있다(이 경우, 이것은 통상의 그러한 MBAN의 외부에 있는 것으로 고려될 수 있음).

도 5 내지 도 8은 IEEE 802.15.4 네트워크에서의 장치와 코디네이터 간의 데이터 전송을 도시한 것이다. IEEE 802.15.4에서는 3가지의 기본적인 전송 타입이 정의된다.

(ⅰ) 장치(발신자)가 자신의 데이터를 송신하게 되는, 수신자로서의 코디네이터로의 데이터 전송 - 스타 및 피어-투-피어 토폴로지 둘 다에서 이용됨 -,

(ⅱ) 장치가 데이터를 수신하게 되는, 발신자로서의 코디네이터로부터의 데이터 전송 - 스타 및 피어-투-피어 토폴로지 둘 다에서 이용됨 -, 및

(ⅲ) 2개의 피어 간의 데이터 전송 - 피어-투-피어 네트워크에서만 이용됨 -.

도 5 및 도 6은 각각 비컨 인에이블드 및 논-비컨 인에이블드 경우 둘 다에 대해 장치(네트워크 장치(11)) 및 코디네이터(코디네이터(10))로부터의 전송을 도시하고 있다. 차이는, 비컨 인에이블드의 경우에서는, 장치(1)가 CFP에서 CSMA-CA를 이용하여 또는 CAP에서 GTS를 이용하여 데이터(데이터 프레임(42))를 송신하기 전에 코디네이터로부터 비컨 프레임(41)을 수신하기를 기다려야만 하는 반면에, 논-비컨 인에이블드의 경우에서는, 정상적으로 비컨 프레임이 존재하지 않고, 장치(11)가 CSMA-CA를 이용하여 마음대로 데이터 프레임(42)을 송신한다는 것이다. 어느 경우에서든, 코디네이터는 선택적인 확인응답 프레임 또는 ACK(43)를 송신함으로써, 데이터의 성공적인 수신을 확인한다. 이러한 프레임의 상이한 타입들은 이하에 더 상세하게 설명된다.

수신자가 수신된 데이터 프레임을 어떠한 이유로 취급할 수 없는 경우, 메시지는 확인응답되지 않는다. 발신자가 소정 기간 이후에 확인응답을 수신하지 않는 경우, 그 발신자는 송신이 성공적이지 않았다고 가정하고, 프레임 송신을 재시도한다. 수회의 재시도 이후에도 확인응답이 여전히 수신되지 않는 경우, 발신자는 트랜잭션을 종료하기 아니면 재시도하기를 선택할 수 있다. 확인응답이 요구되지 않는 경우, 발신자는 송신이 성공적이었다고 가정한다.

도 7 및 도 8은 코디네이터(10)로부터 장치(11)로의 데이터 전송을 도시한 것이다. 비컨 인에이블드 WPAN에서 코디네이터가 장치에 데이터를 전송하기를 원할 때(도 7), 그 코디네이터는 데이터 메시지가 계류 중임을 비컨 프레임(41) 내에 나타낸다. 장치는 비컨 프레임을 주기적으로 청취하고, 메시지가 계류 중인 경우에는, CSMA-CA에 의해 데이터를 요청하는 데이터 요청(MAC 커맨드)(44)을 송신한다. 코디네이터(10)는 확인응답 프레임(43)을 송신함으로써 데이터 요청의 성공적인 수신을 확인응답한다. 그 다음, 계류 중인 데이터 프레임(42)은 슬롯 CSMA-CA를 이용하여, 또는 가능하다면 확인응답 직후에 송신된다. 장치(11)는 선택적인 확인응답 프레임(43)을 송신함으로써 데이터의 성공적인 수신을 확인응답할 수 있다. 이제, 트랜잭션이 완료된다. 데이터 트랜잭션의 성공적인 완료 시, 메시지는 비컨 내의 계류 중인 메시지들의 목록으로부터 제거된다.

논-비컨 인에이블드의 경우에서, 특정 장치(11)에 대해 준비된 데이터를 갖는 코디네이터(10)는 컨텐츠 기반으로 송신되는 관심 장치로부터의 데이터 요청(44)을 기다려야만 한다. 그러한 요청을 수신하면, 코디네이터는 확인응답 프레임(43)(이것은 데이터가 준비되지 않은 경우에 그러한 사실을 알리기 위해서도 이용될 수 있음)과 그에 후속하는 데이터 프레임(42)을 송신하고, 그에 응답하여 장치(11)는 답신으로 다른 확인응답 프레임(43)을 송신할 수 있다.

단순하게 하기 위해, 위의 절차들은 장치와 코디네이터 간의 데이터 전송의 상기 경우들 (ⅰ) 및 (ⅱ)만을 고려했지만, 이미 언급된 바와 같이, 피어-투-피어 네트워크에서는, 일반적으로 하나 이상의 중간 노드를 수반하는 메커니즘 (ⅲ)을 통해 데이터 전송이 발생할 것이고, 이것은 수반되는 지연 및 충돌의 위험을 증가시킨다.

도 5 내지 도 8에 도시되어 있는 바와 같이, IEEE 802.15.4 네트워크에서의 통신은 4가지 상이한 타입의 프레임을 수반한다:

- 비컨을 송신하기 위해 비컨-타입 코디네이터에 의해 이용되는 비컨 프레임(41),

- 모든 데이터 전송을 위해 이용되는 데이터 프레임(42),

- 성공적인 프레임 수신을 확인하기 위해 이용되는 확인응답 프레임(43),

- 데이터 요청과 같은 모든 MAC 피어 엔티티 제어 전송을 다루기 위해 이용되는 MAC 커맨드 프레임(44).

4개의 프레임 타입 각각의 구조는 상당히 유사하며, 예로서 데이터 프레임(42)에 대하여 도 9에 도시되어 있다. 도면에서, 2개의 수평 막대는 각각 MAC 서브층 및 PHY 층을 나타낸다. 왼쪽으로부터 오른쪽으로의 시간 진행, 및 프레임의 각각의 연속적인 필드의 시간 길이는 관련 필드 위에 나타나 있다(옥텟). 모든 프레임은 특정 순서로 된 필드들의 시퀀스로 구성되며, 이들은 그들이 PHY에 의해 송신되는 순서로 왼쪽으로부터 오른쪽으로 도시되어 있고, 여기에서 가장 왼쪽의 비트가 시간상 가장 먼저 송신된다. 각 필드 내의 비트들은 0(가장 왼쪽의 최하위)으로부터 k-1(가장 오른쪽의 최상위)까지 번호가 매겨지며, 필드의 길이는 k 비트이다.

데이터 프레임(42)을 통해 송신될 데이터는 상위 층들로부터 발원된다. 데이터 페이로드는 MAC 서브층에 전달되고, MAC 서비스 데이터 유닛(MSDU)이라고 칭해진다. MAC 페이로드의 앞에는 MAC 헤더 MHR이 있고, 뒤에는 MAC 풋터 MFR이 있다. MHR은 프레임 컨트롤 필드(50)(이하 참조), 데이터 시퀀스 번호(DSN), 어드레싱 필드, 및 선택적인 보조 보안 헤더를 포함한다. MFR은 16비트 프레임 체크 시퀀스 FCS로 구성된다. MHR, MAC 페이로드 및 MFR은 함께 모여 MAC 데이터 프레임(즉, MPDU)을 형성한다. MPDU는 PHY 서비스 데이터 유닛 PSDU로서 PHY에 전송되고, 이것이 PHY 페이로드가 된다. PHY 페이로드 앞에는 프리앰블 시퀀스 및 프레임 시작 구획자(start-of-frame delimiter) SFD를 포함하는 동기화 헤더 SHR, 및 PHY 페이로드의 길이를 옥텟으로 포함하는 PHY 헤더 PHR이 온다. 프리앰블 시퀀스 및 데이터 SFD는 수신기가 심볼 동기화를 달성하는 것을 가능하게 한다. SHR, PHR 및 PHY 페이로드는 함께 모여 PHY 패킷(PHY 프로토콜 데이터 유닛 PPDU)을 형성한다.

비컨 프레임(41), 확인응답 프레임(43) 및 MAC 커맨드 프레임(44)은, 각 경우에서 MAC 페이로드가 상이한 기능을 가지며, 확인응답 프레임이 MAC 페이로드를 갖지 않는다는 점을 제외하고는 유사한 구조를 갖는다. 또한, 비컨 프레임(41), 확인응답 프레임(43) 및 MAC 커맨드 프레임(44)은 상위 층들의 관여 없이 MAC 서브층에서 발원한다.

각 프레임 타입에서 이용되는 프레임 컨트롤 필드(50)가 도 10a에 더 상세하게 도시되어 있다. 이것은 도시된 바와 같이 상이한 목적들을 위한 서브필드들에 할당된 16 비트로 구성된다. 구체적으로, 필드의 처음 세 비트는 프레임 타입(51), 즉 비컨 프레임(41), 데이터 프레임(42), 확인응답 프레임(43) 또는 MAC 커맨드 프레임(44)을 나타낸다. 프레임 타입이 나타내어지는 방식은 도 10b에 도시되어 있다. 프레임 타입 비트(51) 뒤에는, MAC 서브층에 의해 보안이 인에이블되는지를 나타내는 싱글-비트 보안 인에이블드 서브필드(52)가 온다. 그 다음에는, 발신자가 수신자를 위한 추가의 데이터를 가지고 있는지를 나타내는 프레임 계류 서브필드(53)가 온다. 다음은 Ack이다. 요청 서브필드(54)는 수신자로부터의 확인응답이 요청되는지를 나타낸다. 그 다음으로, 현재의 IEEE 802.15.4 규격에서 보존되거나 어드레싱 목적으로 사용되는 몇몇의 추가의 서브필드들(55 내지 59)이 온다.

언급된 바와 같이, 도 10b는 프레임 타입 서브필드(51)를 위한 가능한 비트값들의 테이블로서, IEEE 802.15.4 규격에서는 값 100 내지 111이 사용되지 않음을 보여주고 있다.

MAC 커맨드 프레임(44)은 도 11a에 도시된 바와 같이 구조면에서 매우 유사하다. 이 경우에서, 페이로드는 MAC 커맨드 프레임에 의해 나타내어지는 커맨드의 타입을 식별하기 위해 커맨드 프레임 식별자(440)를 포함한다. 장래의 사용을 위해 보존된 일부 값들과 함께 식별자(440)의 가능한 값들을 나타내는 도 11b의 테이블에 나타나 있는 바와 같이, 다양한 타입의 커맨드가 IEEE 802.15.4에서 정의된다.

본 발명의 배경이 개략적으로 설명되었고, 이하에서는 본 발명의 기초를 이루는 원리들이 설명될 것이다.

본 발명은 예를 들어, 환자들이 각 환자의 신체 위에 또는 그 주변에 배치되거나 거기에 이식된 센서들의 MBAN을 통해 모니터링되는 상황을 다룬다. 그런데, 후속하는 설명에서, "MBAN" 또는 "시스템"과 같은 용어들은, 전체 시스템 내에 별개의 네트워크들이 존재하더라도, 주어진 위치에서의 무선 장치들 전체를 참조하기 위해 이용된다.

요약하면, 본 발명은 비컨 인에이블드 및 비컨-리스 통신 둘 다가 개별 코디네이터들을 통해 함께 수행되는 시스템을 제안한다. 이러한 코디네이터들은 정상적으로는 시스템 내의 별개의 하드웨어 부분들일 것이지만, 그들의 하드웨어 또는 소프웨어 자원의 적어도 일부를 공유하도록 함께 위치될 수 있다. 이하에서, 비컨 인에이블드 통신은 "비컨 모드"라고 칭해지고, 비컨-리스 통신은 "논-비컨 모드"라고 칭해진다.

센서들의 적어도 일부는, 환자에 대해 생명을 위협하는 상황(응급 상태)을 나타낼 수 있는 심박동수와 같은 하나 이상의 파라미터를 감지하는 데에 관여된다고 가정된다. 본 발명의 실시예들은 응급 상태의 존재(시작) 및 응급 상태의 해제(종료)의 선언(declaration)에 응답하여, 비컨 모드와 논-비컨 모드 통신 간을 스위칭하기 위한 방법을 제공한다.

설명될 기술은 예를 들어, 네트워크 장치들(의료 센서와 같은 BAN 장치들)이 개별 채널 액세스 모드의 단점으로 인한 어려움을 겪지 않고서 두가지 타입의 모드의 혜택을 모두 향유하는 것을 가능하게 하기 위해, 의료용 무선 BAN을 위한 듀얼 모드의 비컨 및 논-비컨 기반 채널 액세스 동작에 초점을 맞춘다. 의료적 응급상황에 있는 장치들은 비컨 기반 채널 액세스를 이용하는 주요 네트워크로 넘겨지고, 비-응급 장치들은 논-비컨 모드 채널 액세스를 이용하는 2차 코디네이터에 의해 제어되는 2차 네트워크로 핸드오버된다. 원리적으로, 요구되는 경우, 2개의 모드가 한 모드가 다른 모드를 간섭하지 않도록 2개의 직교 채널에서 동작한다면, 그 2개의 모드는 동일한 물리적 코디네이터 내에서 동작될 수 있다.

초기 구성 위상은 모든 장치들이 처음에는 그들의 상태(응급상황 또는 비-응급상황)에 무관하게 한 코디네이터 하에서 논-비컨 모드로 동작한다는 가정에 기초한다. 이러한 실시예에서, 초기 구성 이후에, 센서들의 그룹이 환자의 신체에 부착되고 이러한 그룹의 센서들 중 단 하나가 응급상황 하에 놓여지는 경우, 그 환자에 연관된(예를 들어, 동일한 환자 ID를 갖는) 센서들의 전체 그룹이 독점적인 비컨 모드 코디네이터로 핸드오버될 것이다. 한 환자에게 부착된 센서들 중 어느 것도 응급 경고 상태에 있지 않은 경우, 모든 센서가 원래의 논-비컨 모드 코디네이터로 되돌려질 것이다. 종래의 핸드오버 메커니즘과는 달리, 이러한 타입의 핸드오버의 트리거는 응급 상태의 변화이다 (종래의 핸드오버 메커니즘은 통상적으로 수신된 신호 강도, 수신된 신호 품질, 및/또는 기지국과 같은 코디네이터 타입 장치로부터의 거리에 기초한다).

또한, 본 발명의 실시예는 이동성(mobility)의 쟁점을 다룬다. 응급상황에 있는 센서들이 이동형(mobile)이고(예를 들어, 환자가 이동하고 있음), 코디네이터들은 벽, 천장 또는 기둥에 고정된 비교적 정지 상태인 시나리오를 고찰해보기로 하자. 그러한 시나리오에서, 네트워크 장치들은 그들이 지리적으로 이동할 때, 한 코디네이터로부터 다른 코디네이터로 핸드오버될 필요가 있을 것이다. 아래에 설명되는 바와 같이, 핸드오버를 위한 트리거는 장치들의 위치와, 업링크 또는 다운링크에서의 수신된 신호 품질의 선택적인 측정치의 조합에 기초한다. 장치의 위치 및 선택적인 수신된 신호 품질 파라미터는 비컨 모드 코디네이터들을 필요로 하지 않고서 강건한 핸드오버를 제공한다. 예를 들어, 네트워크 플래닝을 통해, 또는 "워크(walk)" 테스트가 수행되는 네트워크 구성 위상을 통해, 최상의 이웃 코디네이터가 각각의 BAN 장치 위치에 연관될 수 있다.

대안적으로, 인접 코디네이터들의 커버리지 영역이 종래의 마크로 셀룰러 설계보다 상당히 더 큰 오버랩을 갖고, 인접 코디네이터들이 직교 RF 채널들을 이용하는 최소 플래닝 접근방식이 취해질 수 있다. 상당히 큰 오버랩하는 커버리지 영역들을 이용하면, 위치 기반 핸드오프가 정교한 네트워크 플래닝을 요구하지 않고서 수동으로 또는 자동으로 용이하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 자동 핸드오프가 거리상 가장 가까운 코디네이터에 의해 이루어질 수 있다. 장치 위치는 동일 환자에게 부착된 BAN 장치들의 그룹의 평균 위치일 수 있다. 대안적으로, 위치는 현재의 활성 코디네이터로부터 가장 먼 장치의 것일 수 있다. 한 환자에게 부착된 장치들의 세트/그룹의 경우에서, 핸드오버 트리거는 장치들의 전체 세트/그룹에 적용될 것이다.

이제, 본 발명의 실시예가 도 12 내지 도 22를 참조하여 설명될 것이다.

먼저, 2개의 스타 또는 피어-투-피어 네트워크(토폴로지)가 확립되는데, 네트워크들 중 하나는 응급상황을 위한 1차 코디네이터에 의해 제어되고, 다른 네트워크는 비-응급상황 응용을 위한 2차 코디네이터를 갖는 것으로 가정된다. 초기 구성 이후에, 2개의 네트워크를 사이드-바이-사이드 방식으로 동작하게 하는 것으로 가정한다. 1차 코디네이터는 응급상황에 있는 네트워크 장치들에 의해 사용될 비컨 모드 코디네이터이다. 2차 코디네이터는 네트워크 장치들 중 임의의 것에 의해 사용될 수 있지만 1차 코디네이터보다 신뢰도가 낮은(덜 보장되고/거나 더 느린) 통신 링크를 제공하는 논-비컨 모드 코디네이터이다.

현재의 목적을 위하여, 시스템 내의 의료용 장치들만이 "응급상황"에 있을 수 있고, 의료 목적으로 이용되지 않는 다른 네트워크 장치들(13)도 존재할 수 있다고 가정된다. 도 12에 도시된 초기 상태에서, 모든 네트워크 장치들, 즉 응급상황에 있는 장치들(11E) 및 응급상황에 있지 않은 다른 장치들(13)(의료용일 수도 있고 아닐 수도 있음)은 논-비컨 모드 코디네이터(10NB)와 통신하고 있다. 실선으로 된 양쪽 화살표는 낮은 우선순위의 링크들(15)을 나타내며, 이들은 일반적으로 양방향성인데, 예를 들어 센서 노드는 자신이 수집한 센서 데이터를 송신할뿐만 아니라, 그것의 코디네이터로부터 커맨드를 수신할 것이다. 다른 비컨 모드 코디네이터(10B)가 존재하지만, 아직 네트워크 장치들 중 어떠한 것에 의해서도 통신을 위해 이용되지 않고 있다. 응급상황에 있는 장치들(11E)을 포함하는 네트워크 장치들이 논-비컨 모드 코디네이터(10NB)와의 피어-투-피어 링크를 이용하고 있음에 유의해야 한다. 이러한 토폴로지는, 논-비컨 모드 코디네이터에 의해 할당되는 임의의 GTS의 부재에 더하여, 응급상황에 있는 임의의 장치들(11E)로부터의 및 그러한 장치들로의 데이터 전송을 느리게 하는 경향이 있을 것이다. 따라서, 네트워크 장치들 간의 (그리고, 네트워크 장치들과 논-비컨 모드 코디네이터(10NB) 간의) 링크들은 "낮은 우선순위" 링크(15)로서 도시된다.

응급상황에 있는 네트워크 장치들의 통신을 위한 신뢰도를 증가시키기 위해, 1차 코디네이터가 활성 사용 상태로 된다. 즉, 네트워크 장치들 중 하나 이상이 응급상황에 있음을 인식하면, 비컨 모드 코디네이터(10B)는 도 13에 도시된 바와 같이 응급 장치들(11E)과의 통신을 개시하게 되어, 응급 통신을 위한 새로운 1차 네트워크를 형성하고, (본 예에서) TDMA-ALOHA와 같은 비컨-모드 채널 액세스 및 스타 토폴로지를 이용한다. 1차 네트워크는 도면에서 점선으로 나타난 바와 같이, 응급상황에 있는 장치들(11E) 각각에 높은 우선순위의 링크들(14)을 제공한다. 한편으로, 이미 동작 중인 논-비컨 모드 코디네이터(10NB)는 논-비컨 기반의 기술을 이용하여 2차 네트워크를 제공하기 위해 이용되어, 도면에서 직선 화살표로 나타난 것과 같은 낮은 우선순위 링크들(15)을 제공한다. 응급상황 토폴로지는 스타 또는 피어-투-피어 기술일 수 있음에 유의해야 한다. 피어-투-피어 트래픽의 경우에서, 비컨 모드 코디네이터 및 응급 장치(11E) 간에 개재된 각 노드도 높은 우선순위 링크들(14)에 의해 링크될 것이다.

코디네이터(10NB)가 원래 논-비컨 모드에 있는 것으로서 나타나 있지만, 2차 네트워크를 형성할 때 이 모드로 스위칭하는 것도 가능할 것이다. 이러한 경우, 1차 네트워크의 유리한 점은 덜 붐비는 채널, 및 (채택되는 경우) 피어-투-피어 대신에 스타 토폴로지를 이용하는 것일 것이다.

그러한 듀얼 모드 시스템에 수반되는 프로토콜들 중 일부를 설명하기 전에, 듀얼 채널 액세스 동작이 이하에 설명되는 방식으로 실현되도록 하기 위해, 무선 기능에 관한 특정한 가정 및 고려가 이루어진다.

1. 모든 장치가 관여된 코디네이터들로부터 비컨을 수신할 수 있고 코디네이터들 간을 구별할 수 있는 것으로 가정된다.

2. 다른 가정은, 2개의 코디네이터가 별개의 채널 액세스 모드를 제공할 수 있다는 것으로, 이는 그들 중 하나가 보장된 슬롯 모드(예를 들어, TDMA-ALOHA)에서 동작할 수 있는 반면, 다른 하나는 저전력의 보장되지 않는 모드로 동작할 것임을 의미한다.

3. 통상적으로 그러하듯이, 그러한 동작 하에서, 한 링크 세트(네트워크)로부터 다른 링크 세트로의 간섭은 관심의 대상이 아닌 것으로 가정된다.

4. 관여되는 코디네이터들을 위한 주파수 대역 및 무선 채널로의 액세스는 a. 시간 영역에서, b. 주파수 영역에서, 또는 c. 주파수 및 시간 영역 둘 다에서 스위칭되는 것으로 가정된다.

프로토콜 1: 듀얼 채널 액세스 메커니즘을 위한 셋업 구성 및 핸드오버

도 14는 위의 도 12 및 도 13에서 설명된 심각한 응급상황들 하에서의 듀얼 채널 액세스 메커니즘을 위한 셋업 구성 및 핸드오버를 위한 프로토콜을 설명한다. 도 14(및 이하의 유사한 도면들)에서, 수직 축은 시간을 나타낸다. 수평 축을 따라, 다양한 장치 타입들이 각 열에 나타나 있어서, 그들의 개별 기능들이 분리될 수 있게 하고 있다. 제1 열은 논-비컨 모드 코디네이터(10NB)를 나타내고, 제2 열은 응급 상태에 들어가는 하나 이상의 네트워크 장치(11E)를 나타내고, 제3 열은 다른 네트워크 장치들(13)(의료용 및 비의료용)을 나타내는데, 이들 중 일부는 응급 상태로 갈 수 있고, 따라서 응급상황에 있는 의료용 네트워크 장치들(11E)과 동일한 그룹으로 넘겨질 수 있고, 마지막 열은 비컨 모드 코디네이터(10B)를 위한 것이다. 프로세스 흐름은 아래와 같다.

S10: 처음에, 그리고 셋업 구성 동안, 모든 장치가 논-비컨 기반 코디네이터에 할당된다. 따라서, 나타난 바와 같이, 비컨 모드로 동작 중인 장치가 존재하지 않는다.

S11: 하나 이상의 네트워크 장치가 예를 들어 감지된 파라미터의 값이 임계 레벨에 도달한 것으로 인해 응급상황을 선언한다고 가정한다. 각각의 그러한 장치는 "응급상황에 있는 것"으로서 언급된다. 부가적으로, 네트워크 장치들 자신이 응급 상태의 초기 결정을 내릴 필요는 없는데, 왜냐하면, 이것은 몇몇의 더 높은 레벨의 장치에 의해 그들에게 통보될 수 있기 때문이다.

S12: 응급상황에 있는 장치들(11E)이 논-비컨 모드 코디네이터(10NB)에 응급상황 표시를 제공한다고 가정된다. 이것은 대안적으로는, 예를 들어 시스템에 부착된 더 높은 레벨의 제어 유닛에 의한 것과 같이, 다른 방식으로 제공될 수 있다.

S13: 논-비컨 모드 코디네이터(10NB)는 관련 그룹 내의 모든 장치를 식별한다. 예를 들어, 병원 내의 동일한 환자에게 부착된 모든 장치는 환자 ID 번호에 기초하여, 또는 몇몇의 다른 방식으로 그룹지어질 수 있다. 따라서, 단계 S12에서 그룹 내의 장치들 중 단 하나가 표시를 제공하면 충분할 수 있다.

S14 및 S15: 그룹으로서의 응급 장치들(11E)은 비컨 모드 코디네이터(10B)에 의해 형성될 비컨 네트워크로 핸드오버하고 동기화하라는 커맨드를 받는다. 따라서, 단계 S14에서의 응급상황에 있는 장치(들)(11E)로의 커맨드뿐만 아니라, 단계 S15에서 나타내어진 다른 장치들로의 커맨드가 논-비컨 모드 코디네이터(10NB)에 의해 송신되어, 장치들의 그룹이 핸드오버를 시작하게 한다.

S16 및 S17 : 응급상황에 있는 장치들(11E)과 동일 그룹 내의 임의의 다른 장치들은 비컨 모드 코디네이터(10B)와 동기화할 준비가 된다. 그들은 네트워크 전체에 브로드캐스트되는, 비컨 모드 코디네이터로부터의 다음 비컨 신호를 청취함으로써 이것을 행한다. 따라서, 그 자체가 응급상황을 발생시키는 제3 열 내의 장치들, 또는 응급 장치와 동일한 그룹 내에 속하는 장치들도 비컨 인에이블드 네트워크에 참여할 수 있다.

S18 및 S19: 핸드오버가 완료되고, 그 후에 장치들의 그룹이 비컨 네트워크에 참가하며, 따라서 높은 우선순위의 링크를 통해 비컨 모드 코디네이터(10B)에 의해 서빙된다. 도 14에는 도시되지 않았지만, 그룹 외부의 임의의 나머지 장치들(예를 들어, 비의료용 장치들)은 논-비컨 모드 코디네이터(10NB)에 의해 서빙되는 논-비컨 모드 네트워크 내에 머무른다.

따라서, 본 실시예에서는, 상기의 핸드오버에서, 한 환자에 부착된 모든 센서가 그룹으로서 핸드오버된다. 즉, 단일의 센서 장치가 응급상황으로 가더라도, 다른 모든 센서 장치들(또는 미리 선택된 부분집합)이 독점적인 비컨 기반 네트워크로 핸드오버될 것이다.

프로토콜 2: 더 이상 "응급" 상태에 있지 않은 네트워크 장치들을 위한 핸드오버

비컨 모드 네트워크가 동작할 때, 장치들 중 하나 또는 일부가 응급상황을 벗어날 수 있다. 그러한 경우에서, 센서 장치들은 원래의 코디네이터로 다시 핸드오버될 수 있다. 도 15에 나타나 있는 바와 같이, 원래의 코디네이터는 동일 환자에게 부착된 동일 그룹의 장치들 전부(또는 부분집합)를 원래의 논-비컨 모드 비-응급상황 네트워크로 되돌리기 전에, 그들이 응급상황을 벗어났는지를 확인할 것이다.

S20: 초기 상태에서, 비컨 모드 및 논-비컨 모드 네트워크 둘 다가 각각 일부 장치들과 함께 동작 중인 것으로 가정된다.

S21: 응급상황에 있는 네트워크 장치들(11E)의 그룹 중의 한 네트워크 장치가 응급상황을 벗어난다. 즉, 예를 들어 그 장치의 감지된 파라미터가 더 이상 임계값이 아닌 것으로 인해, 적어도 그 장치가 관여하는 범위에서는 응급 상태가 해제된다.

S22: 그 장치(11E)가 비컨 모드 코디네이터(10B)에게 응급상황 탈출 표시를 발송한다.

S23: 비컨 모드 코디네이터는 응답으로, 동일 그룹 내의 다른 장치들에게 그들의 상태를 보고하라는 요청을 발송한다. (이것은 물론, 각 장치가 그렇게 하기에 충분할 정도로 자기를 인식함(self-aware)을 가정한 것이고, 네트워크 장치들이 그들 스스로 응급 상태를 결정할 수 없는 대안적인 구성에서, 이러한 단계 및 다음 단계는 생략될 것이다.)

S24: 그룹 내의 다른 장치들은 그들의 상태를 코디네이터(10B)에게 확인한다. 즉, 각각은 자신이 더 이상 응급상황에 있지 않음, 예를 들어, 검토중인(in question) 대상 네트워크 장치에 의해 감지된 환자의 생명 파라미터의 현재값이 허용가능한 범위 내에 있음을 확인한다.

S25: 코디네이터(10B)가 더 이상은 응급상황 그룹의 장치들(11E)을 비컨 모드 네트워크 내에 유지할 어떠한 필요도 없음을 납득하면, 코디네이터(10B)는 그룹 내의 장치들 전부에 핸드오버 요청을 발송한다.

S26: 그룹 내의 장치들이 논-비컨 모드로 스위칭한다.

S27 및 S28: 장치들(11E)은 범위 내의 논-비컨 모드 코디네이터를 찾으려고 시도한다 (하나보다 많은 그러한 코디네이터를 이용할 수 있는 경우, 가장 가까운 코디네이터 또는 가장 강한 신호를 제공하는 코디네이터가 선택될 수 있다). 논-비컨 모드 코디네이터를 찾으면, 그들은 자기 자신을 논-비컨 모드 네트워크에 등록한다.

S29: 이제 핸드오버가 완료되어, 장치들의 그룹은 이제 낮은 우선순위의 링크를 통해 논-비컨 모드 코디네이터(10NB)와 통신을 수행한다. 도시되진 않았지만, 비컨 모드 코디네이터(10B)를 통한 높은 우선순위 링크들은 예를 들어 다른 환자를 감시하고 있는 장치들의 그룹과 같이, 여전히 응급상황에 있는 다른 장치들의 그룹(들)을 위해 유지될 수 있다.

프로토콜 3: 포지셔닝 메커니즘에 기초하는 최소의 장치 기능성을 이용하는 듀얼 액세스 모드 동작들을 위한 핸드오버 절차: 센서 장치가 이동성을 가짐

일부 시나리오들에서, 네트워크 장치들은 이동형일 수 있고, 또는 다른 말로 하면, 그들의 코디네이터에 대하여 이동할 수 있다. 예를 들어, 병원에서, 환자에게 부착된 센서들의 각 그룹은 환자가 이동하거나 이동될 때, 침대 또는 벽 등에 부착된 고정된 코디네이터들에 대해 이동할 것이다.

이러한 경우에서, 새로운 코디네이터(10B)에 의해 이미 받아들여져서 보장된 슬롯을 갖는 TDMA 장치들의 독점적인 그룹을 형성하는 하나의 응급 장치 또는 응급 장치들의 그룹이 그것의 코디네이터로부터 멀어지도록 이동하기 시작할 가능성이 있다 (예를 들어, 2명의 응급 환자 중 한 명이 독점적인 코디네이터로부터 멀어지게 이동함). 그러한 이동성 하에서, 비컨 모드 코디네이터(10B)가 더 이상 응급 장치들에 대한 서비스 품질을 유지하지 못할 수가 있다. 여기에서의 주된 관심사는, 이동 중인 센서가 끊임없는 업데이트 또는 전통적인 핸드오버 절차를 따르려고 시도하는 경우, 이것이 응급 장치들의 급속한 배터리 고갈을 유발할 수 있다는 것이다.

그러한 상황을 회피하기 위해, 도 16의 2차 핸드오버 스킴은 센서 장치 기능성을 가능한 한 회피하기 위해 이용될 수 있다. 즉, 응급상황에 있는 센서 장치들에 의한 액션 및 시그널링에 대한 필요가 최소화되어, 불필요한 전력 소비를 회피한다. 각각의 코디네이터에게 각 센서 및 다른 이용가능한 코디네이터들의 위치에 관해 알려줄 수 있는 포지셔닝 엔티티(예를 들어, 기존의 UWB 기술)가 존재한다고 가정된다. 또한, 비컨 모드 코디네이터(10B)(독점적인 응급 코디네이터)는 허용가능한 송신 범위 또는 안전 액세스 반경을 갖는데, 이것을 넘어서면 핸드오버가 트리거될 것이라고 가정된다. 바람직하게는, 이러한 반경은 신뢰할 수 있는 통신을 위한 안전한 거리이다. 안전 반경을 넘어선 직후에, 장치들은 여전히 코디네이터를 청취할 수 있을 것이지만, 네트워크 장치가 그 안전 반경을 넘어서 더 멀리 이동함에 따라, 접속 품질은 독점적인 의료적 응급 동작을 위해서는 허용가능하지 않은 레벨로 떨어질 것이다. 마지막으로, 복수의 네트워크 장치가 동일한 환자에 부착되며, 이들은 한 장치가 응급상황을 선언하면, 그룹 내의 모든 장치(즉, 동일 환자에게 부착된 센서들 중 일부 또는 전부)가 응급상황에 있는 것이라는 점에서, 그룹으로서 취급된다.

절차는 다음과 같다:

S30: 절차는, 응급상황에 있는 일부 네트워크 장치들(11E)이 1차 네트워크를 통해 비컨 모드 코디네이터(10B)와 통신하고 있다고 가정되는 초기 상태로부터 시작한다.

S31: 한 네트워크 장치(11E) 또는 장치들의 그룹이 코디네이터(10B)로부터 멀어지도록 이동하여, 그것이 현재 통신을 위한 안전 반경 밖에 있다고 가정하자. 통상적으로, 위에서 가정된 시나리오에서, 이것은 환자가 이동한(또는 이동된) 것의 결과로서 발생할 것이다.

S32: 비컨 모드 코디네이터(10B)는 소정의 방식으로 위치 변화를 검출한다 (내부 수단에 의해, 또는 외부 소스에 의해 위치를 통보받는 것에 의해).

S33: 비컨 모드 코디네이터(10B)는 단기간 이동에 작용하는 것을 회피하기 위해 짧은 시간을 대기한다. 즉, 무작위 또는 단기간의 이동에 기초하여 핸드오버를 트리거하는 것이 회피된다.

S34: 비컨 모드 코디네이터(10B)는 동일 그룹 내의 다른 센서들(네트워크 장치들)의 위치들을 체크한다. 앞에서와 같이, "그룹"은 예를 들어 동일 환자에게 부착된 센서들의 일부 또는 전부일 수 있다.

S35: 코디네이터(10B)는 그룹이 (여전히) 안전 반경 밖에 있는지를 판단한다. 이러한 목적으로, 그룹 내의 장치들의 평균 위치가 이용될 수 있다. 그렇지 않은 경우(예를 들어, 센서들의 그룹이 부착되어 있는 환자가 코디네이터(10B)에 가깝게 다시 이동한 경우), 어떠한 액션도 취해지지 않는다.

S36: 그룹이 범위 밖에 있는 것으로 판단되는 경우, 비컨 모드 코디네이터(10B)는 센서들의 그룹을 핸드오버할 최상의 후보 코디네이터를 결정한다. 이것은 일반적으로 단순히 그룹의 현재 위치에 가장 가까운 코디네이터일 것이지만, 결정은 다른 코디네이터들에 대한 현존하는 부하, 그룹의 이동 경향, 및 다른 인자들을 고려할 수 있다. 코디네이터는 네트워크 장치들(센서들)로부터 구별되는 타입의 장치일 필요는 없으며, 일부 구현들에서는, 네트워크 장치들 중 일부 또는 전부가 코디네이터로서 동작하여, 아마도 선택할 수개의 후보를 제공할 수 있다는 점에 유의해야 한다.

S37: 코디네이터(10B)는 응급상황에 있는 센서들의 그룹에 핸드오버 요청을 발행한다. 이것은 그룹이 그와 함께 통신 링크를 확립할 가장 가까운 이웃 코디네이터(바람직하게는 비컨 모드)의 식별을 포함한다.

S38: 센서들의 그룹은 자기 자신을 새로운 코디네이터(10'B)에 등록하여 핸드오버를 완료한다. 이것은 개별 장치들의 단순한 핸드오버 이상이고, 오히려 응급 상태에 있는 장치들의 그룹의 핸드오버이며, 사실상 환자 자신이 핸드오버된 것이다. 이러한 방식으로, 환자들이 예를 들어 병원 여기저기를 이동할 때 그들이 모니터링되고, 추종되고, 추적될 수 있을 것이 보장된다.

프로토콜 4: 포지셔닝 메커니즘 및 신호 품질에 기초하는 최소의 장치 기능성을 이용하는 듀얼 액세스 모드 동작들을 위한 핸드오버 절차

4번째 프로토콜(도 17) 하에서, 3번째 프로토콜(도 16)에 대해 고려된 것과 유사한 상황이 가정된다. 차이는, 핸드오버에 관한 결정을 돕기 위해, 위치 정보뿐만 아니라 신호 품질 또는 무선 링크의 품질이 추가로 모니터링된다는 것이다.

S40-S45: 각각 위의 단계 S30-S35와 같다.

S46: 1차 코디네이터(10B)는 센서들의 그룹과의 무선 링크의 품질 및/또는 SIR이 허용가능한 임계값 미만인지를 결정한다. 여기에서, SIR은 단순히 센서들 자체로부터 수신된 업링크 신호들의 SIR일 수도 있고, 아니면 센서들에 의해 보고된 다운링크에서의 신호 강도의 값일 수도 있다. 신호가 허용가능한 경우, 센서 그룹의 이동에 무관하게, 핸드오버에 대한 어떠한 필요성도 (아직은) 존재하지 않으며, 따라서 어떠한 액션도 취해지지 않는다.

S47: 센서들이 안전 반경의 밖으로 이동하는 것에 더하여, 그들의 신호 강도도 허용가능하지 않은 정도로 낮다면, 이는 핸드오버가 요구됨을 의미한다. 코디네이터(10B)는 이러한 목적을 위해 최상의 후보를 결정한다.

S48: 센서들의 그룹에 핸드오버 요청이 발행되어, 어떤 새로운 코디네이터가 이용될 것인지를 명시한다.

S49: 그룹은 그들 자신을 새로운 코디네이터(10'B)에 등록하여, 핸드오버 절차를 완료한다.

응급 상태를 선언하기 위해서는, 그 응급 상태를 다른 무선 노드들에 통신하는 것이 필수적이다. 이하에서는, 상기 프로토콜들이 IEEE 802.15.4로부터 나와서 현재 개발 중인 IEEE 802.15.6과 같은 통신 표준 내에 어떻게 수용될 수 있는지에 대한 일부 설명이 제공될 것이다.

도 18 및 도 19는 "응급상황"이라고 표기된 새로운 비트의 추가를 통해 응급 상황을 수용하고, 그것이 IEEE 802.15.6에 적합해지게 하기 위한, 본 발명의 일 실시예에서의 IEEE 802.15.4 프레임 포맷에 대한 제1의 가능한 수정안을 도시한 것이다. 이러한 제1의 가능한 수정안에서, IEEE 802.15.4에서의 프레임 타입들에 대한 임의의 다른 변경은 행하지 않고서, 신규한 응급상황 프레임 타입에 대한 허용이 이루어진다.

이미 간략하게 설명된 바와 같이, IEEE 802.15.4는 비컨 프레임(41), 데이터 프레임(42), 확인응답 프레임(43) 및 MAC 커맨드 프레임(44)을 포함하는 다양한 프레임 타입들을 제공한다. IEEE 802.15.6에서, 상기 설명된 절차들을 구현하는 한 방식은, 목적지 장치에 응급 상태(또는 비-응급 상태)를 선언하기 위해, 추가의 프레임 타입인 응급상황 프레임을 도입하는 것이다.

도 18은 IEEE 802.15.4에 대해 이미 제안되어 있는 도 10a의 프레임 컨트롤 필드(50)에 대응하는 프레임 컨트롤 필드(500)의 구조를 도시한 것이다. 도 18을 도 10a와 비교해보면 알 수 있는 바와 같이, 비트 0-2는 IEEE 802.15.4에서와 같이 프레임 타입(501)을 나타내지만, 가능한 프레임 타입 값들은 도 19에 나타낸 바와 같이 변화된다. 이전에 보존되었던 값들 100-111(도 10b 참조) 중에서, 비트값 "111"은 이제 신규한 응급상황 프레임 타입을 나타내기 위해 이용된다. 값 100 내지 110은 장래의 사용을 위해 보존된 값으로 남아있는다.

프레임 컨트롤 필드(500)의 남아있는 서브필드들에서, 비트 넘버 7이 응급 상태를 위한 플래그로서 새롭게 이용된다(예를 들어, "1"= 응급상황, "0"= 비 응급상황)는 점을 제외하고는, 도 10a의 프레임 컨트롤 필드(50)에서와 기본적으로 동일한 컴포넌트들이 존재한다. 비트 8은 이제 (도 10a의 Ack 요청 서브필드에 대응하는) Ack 정책을 나타내기 위해 이용된다. 보안 인에이블드 비트(502), 프레임 계류 비트(503), PAN ID 압축(506), 목적지 어드레싱 모드(507), 프레임 버전(508) 및 소스 어드레싱 모드(509)를 위한 서브필드들은 IEEE 802.15.4의 프레임 컨트롤 필드(50)에서의 대응 부분들과 동일한 기능을 갖는다.

도 20 및 도 21은 응급 프레임 타입뿐만 아니라, 소위 즉각적인 ACK(immediate ACK)를 포함하는 보다 더 유연한 ACK 제공, 네트워크 장치의 배터리의 상태의 표시, 및 "긴급성" 표시를 포함하는 다른 신규한 특징들을 수용하기 위한, 본 발명의 다른 실시예에서의 IEEE 802.15.4 프레임 포맷에 대한 제2의 가능한 수정안을 도시한 것이다.

도 20의 프레임 컨트롤 필드(500')의 포맷은, 주로 Ack 정책을 위한 단일 비트(505)가 상이한 ACK 타입들을 정의하기 위한 2개의 비트로 대체된다는 점에서, 그리고 배터리 상태(즉, 남아있는 전하 또는 전압 레벨) 및 "긴급성"의 표시가 추가의 비트(도면에서 "확장 비트" 0-3으로 표기됨)를 요구하는 새로운 서브필드들(511 및 512)에 의해 표현된다는 점에서, 도 18의 필드(500)와는 다르다. 볼 수 있는 바와 같이, 2개의 비트 각각은 각각에 대해 4개까지의 레벨이 정의되는 것을 허용하는 "Batt Level" 및 "Urgnt" 각각에 할당된다. 이러한 새로운 서브필드들의 의미 및 사용은 본 발명의 범위 밖에 있지만, 여기에서, 그들은 BAN의 장치들 간의 보다 더 유연한 시그널링을 제공하기 위해 본 발명에서 비컨 모드/논-비컨 모드 스위칭과 함께 이용될 수 있다는 점이 주목된다.

이 경우에서의 IEEE 802.15.4의 수정된 프레임 타입 값들은 도 21에 도시된 것과 같은데, 이것은 도 10b 및 도 19와 비교되어야 한다. 도 19의 실시예에 비교할 때, 차이는 이전에는 보존되던 값들 100 및 101이 이제는 2가지 타입의 ACK, 즉 즉각적인 ACK 및 지연된 ACK를 나타내기 위해 사용된다는 것인데, 즉각적인 ACK는 예를 들어 보다 더 신뢰할 수 있는 통신을 위해, 수신된 데이터의 각 개별 프레임을 확인응답하기 위해, 응급상황에 있는 장치들에 대하여 이용된다. 즉각적인 ACK는 동일한 출원인에 의한 공동계류중인 출원의 주제이다.

본 발명의 신규한 특징들을 이미 제안되어 있는 프레임 구조에 통합하기 위한 추가의 기술로서, MAC 커맨드 프레임(도 11a 및 도 11b를 다시 참조)의 커맨드 프레임 식별자가 이용될 수 있다. 도 22는 새로운 커맨드 타입들 "응급상황 통보" 및 "핸드오버"를 가능한 값들의 테이블에 추가하는 것(이전에는 사용되지 않던 값들 0x0a 및 0x0b를 차지함)을 포함하는, MAC 커맨드 프레임(44')에 대해 요구되는 수정안을 도시한 것이다. 새로운 커맨드 타입들을 정의하는 것에 더하여, 커맨드 프레임 식별자에 후속하는 페이로드는 커맨드에 대한 정보(컨텍스트)를 제공하기 위해 이용된다. 도 22에 도시된 MAC 커맨드 프레임(44')의 경우에서, 페이로드의 예는 수신 장치가 핸드오버할 가장 적합한 후보 코디네이터(들)의 ID일 것이다. 커맨드 타입 "응급상황 통지"의 경우에서, 대안적인 페이로드는 응급 상태의 지속 시간(ms 단위), 또는 응급 상태가 유효할 때까지의 시간(알려진 타이밍 기준점 또는 기원(epoch) 이후의 ms)과 같은 관련 시간값일 것이다.

요약하면, 본 발명의 실시예는 아래의 특징들을 제공할 수 있다.

＊ 응급 장치들을 네트워크들의 시스템 내의 독점적인 TDMA 기반 네트워크로 핸드오버하는 개념. 핸드오버는 환자의 신체에 부착된 센서 장치들의 그룹 중의 한 장치가 응급상황으로 갈 때 트리거된다. 한 환자에게 부착된 MBAN 센서들의 전체 그룹이 네트워크들 사이에서 핸드오버된다.

＊ 환자에게 부착된 센서들의 전체 그룹이 응급상황을 벗어나는 경우에 핸드오버가 트리거되는 핸드오버 복귀 메커니즘(handover back mechanism).

＊ 응급 환자가 코디네이터로부터 멀어지도록 이동하고 있을 때, 센서들이 코디네이터로부터의 액세스 반경을 넘어서 이동하는 경우, 무선 링크의 품질 및 QoS가 떨어질 수 있다. 그러한 경우에서, 코디네이터는 센서 위치를 알아차리고, 위치 기반의 핸드오버가 트리거된다. 위치 이외의 옵션으로서, 무선 링크의 QoS, SIR 또는 품질도 핸드오버 결정을 내리기 위해 고려될 수 있다.

＊ IEEE 802.15.6을 위한 응급 포맷을 포함하는 새로운 제어 프레임 구조

결과적으로, 이하의 이점들이 달성될 수 있다.

＊ 본 발명의 실시예들은 의료용 무선 BAN에 대하여 듀얼 모드의 비컨 및 논-비컨 기반 채널 액세스 동작을 가능하게 하며, 이것은 BAN 장치들이 개별 채널 액세스 모드의 단점들(예를 들어, 높은 채널 액세스 레이턴시 및 높은 전력 소비)로 인한 어려움을 겪지 않고서 2가지 타입의 모드들의 혜택(예를 들어, 보장된 스루픗 및 낮은 전력 소비)을 향유하는 것을 가능하게 한다.

＊ 상기의 듀얼 모드 동작은 의료용 무선 BAN, 특히 의료적 응급 상황에서의 통신의 신뢰도를 증가시킬 수 있다.

본 발명의 실시예들은 MBAN을 이용함으로써 응급상황 관리를 용이하게 하는 데에 있어서 필수적인 역할을 할 수 있다. 이하의 시나리오들이 주목될 수 있다.

(ⅰ) 심장 및 가슴에 문제를 갖는 전세계의 수억명의 환자들은 그들의 신체 상에 MBAN을 형성하는 무선 센서들을 이용함으로써 병원에서 또는 가정에서 모니터링될 수 있다. MBAN은 그러한 환자들에 대해 추가의 이동성을 제공할 수 있다. 그러나, 비정상적인 심장 기능, 또는 심장 발작 등의 더 심각한 경우들과 같은 상황 하에 있는 이러한 환자들의 그룹에 대해서는, 어떠한 응급상황 또는 경고 신호도 상실되지 않을 것을 확실하게 하기 위한 신뢰할 수 있는 통신 채널을 보장하는 것이 필수적이다. 본 발명은 "응급상황 응답확인"을 송신함으로써, 관여된 모든 엔티티들이 응급상황에 대해 알아차리게 하기 위해, 안전한 응급상황 트리거 메커니즘을 제공한다.

(ⅱ) 전세계의 수억명의 사람들이 당뇨병으로 고통받고 있다. 혈당 측정을 위한 이식가능한 또는 비침습적인 방법들이 최근에 고려되고 있다. 환자의 혈당 레벨 정보를 24시간 모니터링하기 위해 MBAN이 이용될 수 있다. 환자의 혈당 레벨이 정상치를 벗어나고, 응급상황의 지리적 위치 확인(geolocation) 및 환자에 대한 다른 필요한 긴급 의료 절차들이 요구되는 상황들이 존재한다.

(ⅲ) MBAN은 데이터 손실이 생명을 위협할 수 있는 중환자실의 환자를 모니터링하는 동안, 감지된 데이터를 수집하기 위해 이용될 수 있다.

(ⅳ) 의료 시스템에서 인건비 및 응급상황 대응의 효율성을 개선한다.

(ⅴ) 의료용 MBAN 시스템에서 응급상황 인식을 개선한다.

(ⅵ) 응급상황 대응 프로세스를 자동화함으로써 인건비를 감소시킨다.

(ⅶ) 주로 낮은 데이터 레이트의 응용들에 대해 예상되긴 하지만, MBAN들은 개별 패킷의 상실이 결정적이고 품질에 영향을 주는 스트리밍 비디오/오디오 데이터의 전송에 적용될 수 있다. 에러가 있는 데이터는 응급상황의 경우들에서 질환의 진단에 부정적인 영향을 줄 수 있다.

(ⅷ) 의료적 진단에 대하여, 의사가 환자를 적절하게 진단하기 위해서는 MMR 또는 X-레이 이미지가 매우 선명할 필요가 있다. 따라서, 마찬가지로, 신뢰할 수 있는 데이터 전송이 필수적이다.

요약하면, 본 발명은 논-비컨 모드 통신을 위한 제1 코디네이터(10NB) 및 비컨 모드 통신을 위한 제2 코디네이터(10B)에 의해 서빙되는 무선 센서 시스템 내의 네트워크 장치들(11E, 13)의 통신을 수행하기 위한 기술을 제공할 수 있는데, 네트워크 장치들은 모니터링될 적어도 하나의 엔티티에 연관지어지고, 이 방법은 처음에, 모든 네트워크 장치(11E, 13)를 제1 코디네이터(10NB)에 의해 서빙되는 제1 네트워크 내에 배치하는 단계; 연관된 네트워크 장치들(11E)의 센서들에 의해 그 엔티티 또는 각각의 엔티티의 하나 이상의 파라미터를 모니터링하는 단계; 센서 데이터를 제1 네트워크 내의 네트워크 장치들로부터 제1 코디네이터(10NB)로 송신하는 단계; 모니터링된 파라미터들을 이용하여 상기 엔티티에 관한 응급 상태의 시작 또는 종료를 검출하는 단계; 상기 엔티티에 관한 응급 상태의 시작의 검출에 응답하여, 연관된 네트워크 장치들(11E)을 제2 네트워크로 핸드오버하는 단계; 센서 데이터를 제2 네트워크 내의 네트워크 장치들로부터 제2 코디네이터(10B)로 송신하는 단계; 및 상기 엔티티에 관한 응급 상태의 종료의 검출에 응답하여, 연관된 네트워크 장치들을 제1 네트워크로 핸드오버하는 단계를 포함한다.

본 발명은 신규한 네트워크 장치(센서), 코디네이터, 또는 그것을 위한 하드웨어 모듈의 형태를 취할 수 있으며, 네트워크 장치들 및/또는 각각의 코디네이터의 프로세서들에 의해 실행되는 소프트웨어를 대체 또는 수정함으로써 구현될 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예들은 하드웨어로, 또는 하나 이상의 프로세서에서 실행되는 소프트웨어 모듈들로서, 또는 그들의 조합으로 구현될 수 있다. 본 발명은 또한 여기에 설명된 기술들 중 임의의 것의 일부 또는 전부를 수행하기 위한 하나 이상의 장치 또는 장치 프로그램(apparatus programs)(예를 들어, 컴퓨터 프로그램 및 컴퓨터 프로그램 제품)으로서 구현될 수 있다. 본 발명을 구현하는 그러한 프로그램들은 컴퓨터 판독가능한 매체 상에 저장될 수 있으며, 또는 예를 들어 하나 이상의 신호의 형태로 있을 수 있다. 그러한 신호들은 인터넷 웹사이트로부터 다운로드가능한 데이터 신호들일 수 있고, 또는 캐리어 신호 상에 제공될 수 있고, 또는 임의의 다른 형태일 수 있다.

상기의 설명이 응급 상태의 존재 또는 부재를 참조하였지만, 이들은 환자와 같은 모니터링되는 엔티티의 유일한 2가지 가능한 조건이 아니다. 예를 들어, "비정상"과 같은 제3의 조건이 도입되어, 환자(또는 더 정확하게는, 소정의 감지된 생명 파라미터의 값)가 아직 응급상황 조건에 있지는 않더라도 우려 요인을 제공하고 있음을 나타낼 수 있다. 이것은 명시적으로 선언될 수도 있고, 아니면 응급 상태의 종료를 곧바로 선언하지 않고 감지된 값이 정상 판독치로 복귀할 때까지 기다림으로써 암시적으로 정의될 수 있다. 즉, 환자가 응급 상태로 되돌아가는 경우에서 논-비컨 모드 코디네이터로의 핸드오버를 지연하는 것이 바람직할 수 있다.

상기 설명이 MBAN과 같은 무선 센서 시스템 내의 센서들 및 코디네이터들만을 참조하였지만, MBAN이 이러한 종류와는 다른 장치들을 포함하는 것이 가능하다. 잠재적으로는, 투약 메커니즘과 같이, 환자의 보살핌에 개입하는 소정의 수단이 코디네이터의 무선 제어 하에 있는 네트워크 내에 배치될 수 있다. 따라서, 비컨 모드는 센서들의 제어 및 그들의 통신으로 한정될 필요가 없고, 예를 들어 응급 상태에서 생명 파라미터(예를 들어, 심박동수)를 안정화하기 위해 환자에게 약을 전달하기 위한 커맨드들을 위해 이용될 수 있다.

또한, MBAN은 위에서 이미 언급된 바와 같이, 코디네이터들과의 통신(반드시 MBAN 자체를 경유할 필요는 없음)에서, 소정 형태의 중앙 제어 및 모니터링 유닛을 구비할 수 있다. 그러한 중앙 제어는 예를 들어 응급 상태의 시작 또는 해제를 선언하는 데에 수반될 수 있다.

상기 설명은 환자의 의료적 응급상황 또는 비응급상황을 결정하기 위한 기술에 관한 것이었는데, 왜냐하면 이것이 본 발명의 중요한 응용으로 보여지기 때문이다. 그러나, 이것이 유일한 가능한 응용은 아니다. 센서들은 비의료적 상황에 있는 신체를 모니터링하기 위해 이용될 수 있다. 예를 들어, 위험에 처한 어떠한 사람이라도(예를 들어, 노약자 또는 어린이, 또는 위험한 환경에 있는 사람들 등) 위에서 설명된 것과 동일한 기술을 이용하여 모니터링될 수 있다. 이러한 경우에서, 응급상황 조건은 사고와 같은 소정 형태의 물리적 위협을 나타낼 것이다. 맥박, 체온, 가속도 등과 같은 그러한 생명 파라미터를 위한 센서들은 이러한 상황에서 특히 유용할 것이다. 응급 상태에서는, 의료적 시나리오에서와 마찬가지로, 가능하다면 비컨 모드 통신으로 스위칭하는 것이 바람직할 것이다.

사람 또는 다른 생체의 BAN을 벗어나서 본 발명을 적용하기 위한 많은 가능성들이 존재한다. 한가지 가능성은 임무 수행에 필수적인 산업적 환경(예를 들어, 발전소)에서의 많은 잠재적인 시나리오들과 같은 산업적 응급상황들을 검출할 수 있는 시스템이다. 이것은 공장 환경 내의 다수의 제어 포인트에 적용할 수 있다. 예를 들면, 공장의 가열 설비 내의 온도 센서들, 또는 식료품 제조 라인의 압력 임계를 고려할 수 있다. 그러한 시스템에서의 비컨 모드 및 논-비컨 모드 코디네이터의 이중적인 사용은 의료적 응급상황들에서와 마찬가지로 이러한 시스템들에서의 응급상황들에 적용될 수 있다. 따라서, 청구항들에서의 "엔티티"라는 용어는 생물 이외의 임의의 그러한 산업적 환경을 커버하는 것으로 해석되어야 한다.

상기의 설명이 IEEE 802.15.4 및 IEEE 802.15.6을 예로서 참조하였지만, 본 발명은 IEEE 802.15.6에 따라 동작하는지의 여부에 상관없이, 임의의 타입의 프레임 기반 무선 센서 네트워크 또는 MBAN에, 그리고 심지어는 의료적 신체 영역 네트워크가 아니더라도 응급 상황에서의 통신의 신뢰도의 개선을 요구하는 다른 타입의 BAN에도 적용될 수 있다.

Claims (15)

1. 무선 센서 시스템으로서,
   복수의 네트워크 장치,
   상기 네트워크 장치들의 제1 부분집합과 논-비컨 모드(non-beacon-mode) 통신을 수행하도록 구성된 제1 코디네이터, 및
   상기 장치들의 제2 부분집합과 비컨 모드 통신을 수행하도록 구성된 제2 코디네이터
   를 포함하고, 상기 시스템은
   상기 장치들에 관한 응급 상태가 존재하는지의 여부에 따라, 상기 네트워크 장치들 중 어느 것을 상기 제1 또는 제2 부분집합에 포함시킬지를 결정하기 위한 수단
   을 갖는 무선 센서 시스템.
2. 무선 센서 시스템으로서,
   복수의 네트워크 장치,
   상기 네트워크 장치들의 제1 부분집합과 논-비컨 모드 통신을 수행하도록 구성된 제1 코디네이터, 및
   상기 장치들의 제2 부분집합과 비컨 모드 통신을 수행하도록 구성된 제2 코디네이터
   를 포함하고, 상기 시스템은
   상기 장치들에 관한 응급 상태가 존재하는지의 여부에 따라, 상기 제1 부분집합과 상기 제2 부분집합 사이에서 하나 이상의 장치를 핸드오버하기 위한 수단
   을 갖는 무선 센서 시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 무선 센서 시스템은 상기 네트워크 장치들을 이용하여 하나 이상의 엔티티를 모니터링하기 위한 것이고, 상기 응급 상태는 상기 네트워크 장치들에 의해 모니터링되는 엔티티에 영향을 주는 응급상황인 무선 센서 시스템.
4. 제3항에 있어서,
   상기 네트워크 장치들은 개별 엔티티를 각각 모니터링하기 위한 복수의 그룹 중 한 그룹에 각각 할당되고, 상기 응급 상태는 상기 그룹에 의해 모니터링되는 엔티티에 영향을 주는 응급상황이며, 한 그룹의 장치들은 유닛으로서 상기 제1 부분집합과 상기 제2 부분집합 내에 포함되거나 그 사이에서 핸드오버되는 무선 센서 시스템.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
   상기 응급 상태의 존재 또는 부재는 상기 네트워크 장치들의 센서들에 의해 감지되는 하나 이상의 파라미터의 임계 레벨에 기초하여 결정되는 무선 센서 시스템.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 코디네이터는 모든 네트워크 장치가 상기 제1 부분집합에 포함되는 초기 상태로부터 시작하고, 상기 응급 상태의 시작에 응답하여 하나 이상의 네트워크 장치를 상기 제1 부분집합으로부터 상기 제2 부분집합으로 핸드오버하고, 상기 응급 상태의 종료에 응답하여 하나 이상의 네트워크 장치를 상기 제2 부분집합으로부터 상기 제1 부분집합으로 핸드오버하도록 구성되는 무선 센서 시스템.
7. 적어도 하나의 엔티티를 모니터링하기 위한 센서들을 포함하는 복수의 네트워크 장치를 갖는 무선 센서 시스템 내의 코디네이터로서,
   상기 시스템은 상기 네트워크 장치들의 동시적인 비컨 모드 및 논-비컨 모드 통신을 위한 개별 네트워크들로 구성되고,
   상기 코디네이터는 상기 네트워크 장치들의 적어도 부분집합과의 논-비컨 모드 통신을 위해 구성되고, 상기 부분집합의 네트워크 장치들 중 적어도 하나에 관한 응급 상태의 존재의 결정에 응답하여, 상기 부분집합을 비컨 모드 통신을 위한 다른 코디네이터에 핸드오버하는 코디네이터.
8. 적어도 하나의 엔티티를 모니터링하기 위한 센서들을 포함하는 복수의 네트워크 장치를 갖는 무선 센서 시스템 내의 코디네이터로서,
   상기 시스템은 상기 네트워크 장치들의 동시적인 비컨 모드 및 논-비컨 모드 통신을 위한 개별 네트워크들로 구성되고,
   상기 코디네이터는 상기 네트워크 장치들의 적어도 부분집합과의 비컨 모드 통신을 위해 구성되고, 상기 부분집합의 응급 상태의 변화에 응답하여, 상기 부분집합을 다른 코디네이터에 핸드오버하는 코디네이터.
9. 제8항에 있어서,
   상기 네트워크 장치들의 부분집합은 응급 상태에 있는 엔티티에 연관되고, 상기 코디네이터는 상기 부분집합이 상기 코디네이터의 허용가능한 범위 밖에 있다는 결정 및/또는 상기 부분집합의 신호 품질이 미리 정해진 임계값 미만이라는 결정에 더 응답하여, 상기 부분집합을 바람직하게 비컨 모드 코디네이터인 다른 코디네이터에 핸드오버하는 코디네이터.
10. 적어도 하나의 엔티티를 모니터링하기 위해 무선 센서 시스템 내에서 사용하기 위한 네트워크 장치로서,
    (ⅰ) 제1 코디네이터와의 논-비컨 모드 통신; 및
    (ⅱ) 제2 코디네이터와의 비컨 모드 통신
    중에서 선택함으로써 통신을 수행하도록 적응되고,
    상기 모드 (ⅰ) 또는 상기 모드 (ⅱ)는 상기 엔티티에 관한 응급 상태가 존재하는지의 여부에 따라 상기 시스템의 동작 동안 동적으로 선택되는 네트워크 장치.
11. 제10항에 있어서,
    상기 네트워크 장치는 동일한 엔티티를 모니터링하도록 할당된 복수의 네트워크 장치 중 하나이고, 상기 응급 상태는 상기 네트워크 장치에 의해 또는 상기 동일한 엔티티에 할당된 상기 네트워크 장치들 중 임의의 것에 의해 감지된 파라미터의 레벨에 따라 결정되는 네트워크 장치.
12. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 장치는 상기 응급 상태가 존재한다는 결정에 응답하여 모드 (ⅱ)를 선택하고, 상기 응급 상태가 더 이상 존재하지 않는다는 결정에 응답하여 모드 (ⅰ)을 선택하는 네트워크 장치.
13. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항, 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항, 또는 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 엔티티는 생체(living body)인 시스템, 코디네이터 또는 네트워크 장치.
14. 제13항에 있어서,
    상기 생체의 하나 이상의 의료적 파라미터를 모니터링하기 위해 적용되는 시스템, 코디네이터 또는 네트워크 장치.
15. 논-비컨 모드 통신을 위한 제1 코디네이터 및 비컨 모드 통신을 위한 제2 코디네이터에 의해 서빙되는 개별 네트워크들로 형성된 무선 센서 시스템 내에서 네트워크 장치들의 통신을 수행하기 위한 방법으로서,
    상기 네트워크 장치들은 모니터링될 적어도 하나의 엔티티에 연관되고,
    상기 방법은,
    모든 네트워크 장치를 상기 제1 코디네이터에 의해 서빙되는 제1 네트워크 내에 배치하는 단계;
    연관된 네트워크 장치들의 센서들에 의해 상기 엔티티 또는 각각의 엔티티의 하나 이상의 파라미터를 모니터링하는 단계;
    센서 데이터를 상기 제1 네트워크 내의 네트워크 장치들로부터 상기 제1 코디네이터로 송신하는 단계;
    모니터링된 파라미터들을 이용하여 상기 엔티티에 관한 응급 상태의 시작 또는 종료를 검출하는 단계;
    상기 엔티티에 관한 상기 응급 상태의 시작의 검출에 응답하여, 상기 연관된 네트워크 장치들을 제2 네트워크로 핸드오버하는 단계;
    센서 데이터를 상기 제2 네트워크 내의 네트워크 장치들로부터 상기 제2 코디네이터로 송신하는 단계; 및
    상기 엔티티에 관한 응급 상태의 종료의 검출에 응답하여, 상기 연관된 네트워크 장치들을 상기 제1 네트워크로 핸드오버하는 단계
    를 포함하는 방법.

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